过江藤，一种多年生马鞭草科草质藤本植物，广泛分布于热带和亚热带滨海地区，具有显著的耐盐和耐贫瘠砂质土壤的特点。同时，过江藤覆盖能力强，具有较强的抗病性和适应性，在热带珊瑚岛的高温、高光、高盐等恶劣环境下不易枯死和退化。此外，过江藤具有较强的抗外来入侵的能力，在种植区域内有害植物也显著减少。基于以上优点，近年来过江藤被广泛用于热带珊瑚岛植被构建。然而，过江藤耐受极端环境如盐胁迫的分子机制尚未被揭示。
中国科学院华南植物园刘勋成与刘楠研究团队合作采用二代、三代测序技术结合染色体构象捕获技术，组装得到了过江藤染色体级别的基因组。组装得到的基因组长度为403.07 Mb，其中95.35%的序列被锚定到了18条染色体上。基因组进化分析发现，过江藤经历了两次全基因组复制事件，其中与环境适应性有关基因及次级代谢产物合成有关基因在过江藤长期进化过程中得到了明显的扩张。转录组分析发现，与激素合成和信号转导以及离子转运有关基因的扩张和高表达在过江藤耐盐过程中发挥重要作用。其中，编码玉米黄质环氧化酶（植物类胡萝卜素代谢与脱落酸（ABA）生物合成的关键酶）的ZEP基因家族发生了显著的扩张（8倍于模式植物拟南芥），且在盐胁迫后表达量显著提升。这一发现与盐胁迫后过江藤较长时期内保持高浓度的ABA水平密切相关。遗传和生化分析显示，过量表达代表性的ZEP基因可促进植物体内ABA的生物合成，同时提高植物的耐盐性。
基于基因组数据，研究团队进一步对盐胁迫后的过江藤进行蛋白组和赖氨酸乙酰化修饰组学分析。研究发现盐胁迫导致大量参与信号转导、碳水化合物运输和代谢以及转录调控有关的基因发生明显去乙酰化变化。乙酰化修饰功能分析发现，在氧化应激过程中发挥关键作用的谷胱甘肽转移酶GST的第250位赖氨酸残基（K250）在盐胁迫后发生了明显的去乙酰化变化。研究进一步证实K250位点的去乙酰化显著提高了GST蛋白的抗氧化相关酶活性，通过减少植物体内活性氧的积累，从而增强了植物对盐胁迫的耐受性。
综合基因组、转录组和乙酰化组的分析结果，研究团队构建了过江藤应对盐胁迫的分子网络：1、基因组层面：两次全基因组加倍带来的基因扩张，特别是 ABA 合成相关基因（如 ZEP）的增加，为耐盐性奠定了基础；2、转录层面：盐胁迫激活了大量与 ABA 信号传导、离子运输相关的基因表达，同时抑制了生长发育相关基因，实现"应激优先"的资源分配；3、蛋白质修饰层面：通过广泛的蛋白质去乙酰化，特别是 GST 等抗氧化酶的去乙酰化，快速调节蛋白质活性，应对氧化应激。这种多层次、全方位的调控机制，使过江藤能够在高盐环境中生存并保持活力。基于以上研究成果，研究团队已经获得国家发明专利2项。
相关研究结果已近期发表在植物学主流期刊The Plant Journal（《植物学杂志》）上。中国科学院华南植物园刘勋成和刘楠研究员为论文的通讯作者，联合培养的博士后王丽媛为第一作者。简曙光研究员、郑枫助理研究员以及博士生周雨珩参与研究工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划和广州市科技项目的资助。论文链接：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.70325
图. 过江藤耐盐分子机制
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