生理学和蛋白质组学分析表明，藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）在逐渐加剧的干旱胁迫下具有很强的恢复能力

《Scientific Reports》：Physiological and proteomic analysis reveal high recovery capacity of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) after progressive drought stress

摘要

藜麦是一种适应恶劣环境的耐逆作物，在水资源受限的条件下具有很好的替代潜力。为了深入了解其耐旱性，我们结合了生理分析和定量蛋白质组学研究，观察了藜麦在逐渐加剧的干旱条件（1–2周）下的表现以及随后的恢复过程（2周）。干旱胁迫导致两周后生物量减少了56%，相对含水量下降了46%，叶片的渗透势降低了48%。然而，植物在重新补水后这些指标显著恢复。蛋白质组学分析发现，干旱处理组与对照组之间存在114种差异表达的蛋白质。参与细胞防御和细胞骨架组织的蛋白质，如S-腺苷甲硫氨酸合成酶、咖啡酰辅酶A O-甲基转移酶、肌动蛋白和Exocyst复合体成分EXO84A，在短期干旱条件下表达增加。抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT和抗坏血酸过氧化物酶APX）在长期干旱期间表达上升，并在恢复期进一步增加；而热休克蛋白HSP90在胁迫条件下积累，在补水后减少，这有助于维持蛋白质稳定性和抗氧化防御。核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的大亚基和小亚基（RuBisCO）在干旱条件下表达增加，在恢复期进一步增加；氧气释放增强蛋白（OEE1、OEE2）在干旱早期（D1W）就开始积累，有助于在胁迫条件下稳定光系统II（PSII）。有趣的是，一些参与氨基酸代谢的关键蛋白质，包括含有ACT结构域的蛋白质ACR11、谷氨酰胺合成酶和依赖铁氧还蛋白的谷氨酸合成酶（Fd-GOGAT），被确定为氮同化和氧化应激调节的调控因子。甜菜醛脱氢酶在胁迫条件下表达减少，在恢复期增加，反映了渗透保护物质的积累。这项整合了生理数据和蛋白质组学结果的研究表明，藜麦在面临水分不足时能够立即启动保护机制，并激活与应激记忆和恢复相关的代谢变化，从而展现出其强大的耐逆性。