论文标题：Comparative Multi-Omics Profiling of Drought-Tolerant and Drought-Sensitive Grapevine Cultivars Identifies VvGRIK1 as a Conserved Drought-Responsive Regulator Associated with Redox and Bioenergetic Homeostasis

论文链接： https://www.mdpi.com/2311-7524/12/7/897

期刊名：Horticulturae

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/horticulturae

导读

葡萄是全球重要的木本果树，持续加剧的水分短缺正威胁其产量、果实品质和产业可持续发展。不同葡萄品种的耐旱表现差异明显，但跨遗传背景的共同响应及品种特异性调控机制仍需厘清。来自南京农业大学园艺学院的上官凌飞教授团队和塔里木大学食品科学与工程学院上官相超副教授团队在 Horticulturae 期刊发表了题为“Comparative Multi-Omics Profiling of Drought-Tolerant and Drought-Sensitive Grapevine Cultivars Identifies VvGRIK1 as a Conserved Drought-Responsive Regulator Associated with Redox and Bioenergetic Homeostasis”的研究论文。该研究将新获得的耐旱品种‘蜜光’和敏感品种‘红地球’的生理、转录组和代谢组数据，与此前获得的‘阳光玫瑰’和‘汤普森无核’数据进行整合分析，并结合共表达网络、选择性剪接、转基因烟草和蛋白互作分析，系统评估VvGRIK1作为保守干旱响应候选调控因子的证据，以及其与氧化还原和能量稳态的关联。

研究过程与结果

研究采用同一实验批次的一年生自根葡萄苗，对耐旱品种‘蜜光’、‘阳光玫瑰’和敏感品种‘红地球’、‘汤普森无核’实施统一的28 天停水处理，并在第28天采集叶片。新获得的‘蜜光’/‘红地球’数据与此前‘阳光玫瑰’/‘汤普森无核’数据采用一致流程进行分析。生理结果显示，干旱下‘蜜光’的POD和SOD活性分别提高3.05倍和3.86倍，高于‘红地球’的1.68倍和1.76倍；同时，‘蜜光’的丙二醛积累较低，表明其膜脂过氧化损伤较轻。转录组和代谢组分别在‘蜜光’中鉴定到5593个差异表达基因和452个差异代谢物，在‘红地球’中鉴定到4358个差异表达基因和286个差异代谢物。四个品种共有激素信号、MAPK信号及光合天线蛋白下调等基础响应，而耐旱品种表现出更协调的氧化还原与能量代谢调节。‘蜜光’中特异上调PPP限速酶基因G6PD2，并伴随烟酰胺以及柠檬酸和异柠檬酸的显著积累，其中后两者分别增加38.8倍和3.9倍（图1）。此外，‘蜜光’中检测到1540个外显子跳跃和590个互斥外显子事件，涉及CSY2和MPK3等代谢和信号基因（图2），但这些剪接异构体的功能仍需验证。跨四个品种的比较显示，VvGRIK1在干旱下均显著诱导（log2FC为1.63–2.10），但其在‘蜜光’/‘红地球’网络中并非主要枢纽。异源烟草中过表达VvGRIK1后，SOD和POD活性较野生型分别提高35%和42%，MDA降低28%。酵母双杂交支持VvGRIK1与SnRK1同源蛋白VvKING1在酵母中的潜在物理互作，分子对接则提供了预测性结构支持。

图1. 耐旱品种‘蜜光’与敏感品种‘红地球’的干旱响应多组学特征

图2. ‘蜜光’干旱响应特异性选择性剪接事件分析

研究总结

本研究通过对耐旱与敏感葡萄品种的系统比较，揭示了葡萄响应干旱胁迫的保守性与品种特异性调控机制。核心发现如下：(1) 耐旱品种通过协调激活PPP与TCA循环，维持氧化还原与能量稳态，是其抵御干旱的重要代谢特征；(2) VvGRIK1 作为一个在多个品种中均受干旱诱导的保守调控因子，其过表达能有效增强植物的抗氧化防护能力；(3) VvGRIK1 可能与SnRK1能量传感器相互作用，参与能量感知与代谢重编程，这一发现为解析葡萄能量-逆境信号网络提供了新线索。尽管研究取得了重要进展，但 VvGRIK1 在葡萄中的原位功能及其与SnRK1的体内互作机制尚需进一步验证。未来研究应聚焦于：利用葡萄同源转化或基因编辑技术对 VvGRIK1 进行功能验证；结合磷酸化组学和代谢流分析，深入解析VvGRIK1-SnRK1模块调控下游代谢网络（如PPP/TCA循环和抗氧化系统）的分子路径；整合多品种、多维组学数据，构建高分辨率的抗旱调控网络，为精准设计抗旱葡萄新品种提供理论依据和基因资源。

Horticulturae 期刊介绍

主编：Luigi De Bellis, Università del Salento, Italy

期刊重点关注温带到热带园艺的所有领域及相关学科，主题包括果树、蔬菜、花卉、苗圃和风景、以及草药和香料作物等，研究涉及整个园艺供应链。