傳統單一層面的組學研究能夠在一定程度上對遺傳信息、蛋白功能或代謝通路進行闡釋。但是，僅通過單一組學數據很難對復雜的生物網絡調控進行系統全面的解釋，也不足以解釋遺傳信息表達調控的傳遞鏈條。因此，多組學數據整合成為了系統生物學研究的發展趨勢，隨之，多組學聯合文章也“乘風破浪”而來。
近日，上海海洋大學嚴興洪教授研究團隊利用轉錄-蛋白-代謝三組學聯合揭示壇紫菜葉狀體對高溫、干燥、強光的多重抗逆機制，研究成果發表在《Algal Research》上。中科新生命有幸參與了三個組學的檢測及數據分析工作。
Multi-omics responses of red algae Pyropia haitanensis to intertidal desiccation during low tides
海洋紅藻壇紫菜對低潮期間潮間帶干燥的多組學響應
研究背景
紫菜，因其獨特的風味而在世界范圍內廣受歡迎。壇紫菜（Pyropia haitanensis）是中國特有種，主要分布于暖溫帶的高潮帶。經過約60多年的大規模養殖，目前已成為世界上最重要的海水養殖品種之一，為我國創造了巨大的經濟效益和生態效益。
由于壇紫菜的葉狀體在退潮時可能會失去90%以上的細胞水分，因此它是探索潮間帶海藻干燥耐受機制的理想材料。此外，氣候變化預計將導致極端天氣的發生頻率增加，從而加劇潮間帶非生物脅迫對海藻的不利影響。
近年來，紫菜養殖海域經常遇到被稱為“小陽春”的異常天氣，期間急劇升高和持續的高溫（28～30℃）顯著抑制了壇紫菜的生長，導致產量和品質下降。因此，迫切需要建立壇紫菜分子育種體系以加快育種進程及育種效率，而抗逆分子機制的解析和抗逆基因的篩選是關鍵步驟。
技術路線
質膜首先響應潮間帶干燥脅迫并通過磷脂降解（ko00565）激活脅迫信號的轉導 乙醛酸和二羧酸代謝（ko00630）的富集有利于滲透物的積累以啟動滲透調節和ROS清除 光合固碳途徑（ko00710）的下調有利于減少ROS的積累 光合作用-天線蛋白（Lhca1）的積累有利于防止或降低光應激引起的損傷 在本研究中，使用轉錄組、蛋白質組和代謝組分析確定葉狀體對單重干燥脅迫 (SS) 和干燥、高溫和強光三重脅迫 (TS) 的多組學響應。對差異表達基因 (DEG)、差異表達蛋白 (DEP) 和差異積累代謝物 (DAM) 進行鑒定，再進一步開展兩兩聯合分析。 結果表明，在兩種脅迫條件下，有多對DEGs/DEPs, DEGs/DAMs，和DEPs/DAMs 參與乙醛酸和二羧酸代謝途徑（ko00630）以及光合生物中的碳固定途徑（ko00710），此外，還有多對DEGs/DAMs 顯著富集于醚脂類代謝途徑 (ko00565)。 因此，作者推測質膜首先響應潮間帶干燥脅迫，并通過磷脂降解激活應激信號轉導。下游通路接收信號后開始合成并積累參與滲透調節的有機酸（蘋果酸和琥珀酸）和氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸和丙氨酸），同時還可以清除活性氧 (ROS)；通過下調參與光合固碳途徑的大多數基因及其蛋白質，可以減少能量代謝以防止 ROS 的積累和細胞損傷；光合作用 - 天線蛋白 (Lhca1) 被上調以防止或降低光應激引起的損傷。通過這些途徑的共同作用，可以在高溫天氣的低潮期間保護壇紫菜的葉片免受潮間帶干燥和其他伴隨脅迫，特別是高溫脅迫的影響。 該研究結果為應對全球變暖、開展抗性壇紫菜新品種的育種策略提供了寶貴的見解。 高溫天氣的低潮期間壇紫菜葉片響應潮間帶干燥的可能調控機制 轉錄-蛋白聯合：(1) 測序高靈敏度與蛋白質組功能強相關性的技術優勢互補；(2) 針對無參考基因組物種，可利用無參轉錄組拼接方式為蛋白質組分析構建數據庫。 轉錄/蛋白-代謝聯合：利用代謝組學這一與表型更貼近的組學數據信息作為抓手，更有效挖掘表型-基因之間的調控關系。
研究結論
壇紫菜葉狀體響應單重脅迫（SS）和三重脅迫（TS）過程中關鍵代謝途徑的多組學分析
轉錄-蛋白-代謝三組學聯合在生理抗逆研究方向應用非常廣泛，【中科新生命】建立了完整的多組學服務平臺，從轉錄、蛋白到代謝，打通表型與分子機制間的關系，全方位、立體化描繪系統生物學研究。