種子被譽(yù)為“農(nóng)業(yè)芯片”扑庞，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，也是“藏糧于技”的關(guān)鍵拒逮。今年2月嫩挤，中央一號(hào)文件提出，推動(dòng)生物育種產(chǎn)業(yè)化擴(kuò)面提速消恍，加大種源關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)岂昭。傳統(tǒng)育種多建立在遺傳學(xué)方法上，代謝組學(xué)研究在定向改良作物品種性狀研究近年來(lái)發(fā)揮出顯著優(yōu)勢(shì)狠怨。
近日约啊，河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張學(xué)斌教授在植物逆境和抗病分子機(jī)理研究領(lǐng)域發(fā)表了一系列重要成果。為此秫玉，我們對(duì)張學(xué)斌教授進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)瘫笋，請(qǐng)他分享其創(chuàng)新歷程，并重點(diǎn)描繪代謝組學(xué)在農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域的遼闊前景耀到。
河南大學(xué)多組學(xué)聯(lián)合研究中心執(zhí)行主任/河南省作物逆境多組學(xué)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室副主任 張學(xué)斌 教授
種業(yè)新趨勢(shì)
精準(zhǔn)分子育種 代謝組學(xué)成熱點(diǎn)
張學(xué)斌表示：
種業(yè)芯片是我國(guó)農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)锨堵，當(dāng)前面臨國(guó)際種業(yè)巨頭對(duì)優(yōu)質(zhì)作物品種的壟斷挑戰(zhàn)，為打破這一“瓶頸”莲吐，精準(zhǔn)分子育種成為關(guān)鍵粟墩。在傳統(tǒng)育種基礎(chǔ)上，結(jié)合基于質(zhì)譜組學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)稠眠，以加速培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色品種惨槐。
當(dāng)前種業(yè)研究不僅限于追求產(chǎn)量，還更關(guān)注農(nóng)作物的性狀和品質(zhì)碱暗，其核心在于代謝產(chǎn)物種類(lèi)及其含量瘤褒，而代謝組學(xué)能夠很好地闡明相關(guān)的分子機(jī)制、代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵因子等杖户。隨著質(zhì)譜技術(shù)的迅猛發(fā)展悲组，代謝組學(xué)方法為探索作物的性狀检痰、產(chǎn)量、發(fā)育锨推、抗逆铅歼、品質(zhì)等涉及的調(diào)控信息提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，極大地推動(dòng)了作物育種和改良研究爱态。
近日谭贪，張學(xué)斌通過(guò)代謝組學(xué)與多組學(xué)相結(jié)合的方法境钟，在作物抗逆锦担、抗病機(jī)制等方面取得重要突破，為種業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展注入新的活力慨削。
代謝組學(xué)聯(lián)合蛋白組學(xué)洞渔、遺傳學(xué)探索作物抗病機(jī)理
在New Phytologist 上，張學(xué)斌首次報(bào)道了F-box蛋白介導(dǎo)的底物蛋白泛素化及降解調(diào)控水楊酸合成的分子機(jī)制[1]缚态。研究使用Orbitrap™高分辨質(zhì)譜儀對(duì)擬南芥進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析磁椒，解析了其生長(zhǎng)受抑的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)其體內(nèi)積累了大量水楊酸及衍生物玫芦。采用靶向代謝組學(xué)和Orbitrap蛋白組學(xué)分析平臺(tái)以及遺傳學(xué)技術(shù)浆熔，進(jìn)一步證明 F-box基因突變體SAGL1能夠抑制水楊酸的合成，SAGL1能夠在翻譯后層面通過(guò)介導(dǎo)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SARD1來(lái)抑制水楊酸的合成守涤。這一研究為小麥矢匾、玉米、水稻溃艺、大豆等農(nóng)作物的抗病改良提供了寶貴的科學(xué)依據(jù)区戚。
Q Exactive Plus非靶向代謝組學(xué)分析揭示SAG1中水楊酸過(guò)度積累
代謝組學(xué)聯(lián)合遺傳學(xué)解析作物抗逆機(jī)制
張學(xué)斌攜手河南農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)，在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表迷迭香基因組與環(huán)境適應(yīng)性分子機(jī)理的研究成果[2]睡硫。該研究對(duì)迷迭香基因組進(jìn)行了重測(cè)序挣堪；非靶向代謝組學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)，解析了與其有效成分即迷迭香酸的分子合成機(jī)制趣闹，抗性相關(guān)的抗氧化物質(zhì)組織特異性分布特征與分子基礎(chǔ)豁惨，并探索出迷迭香獨(dú)特香味來(lái)源；對(duì)其在脅迫環(huán)境下的次生代謝途徑進(jìn)行研究箍负，闡明了其應(yīng)對(duì)不良環(huán)境的分子機(jī)制翰鬓。這一研究不僅增進(jìn)了對(duì)外來(lái)植物迷迭香的了解，更為培育多抗性良種如中藥材等提供了新思路惋涌。
迷迭香主要抗氧化成分的生物合成途徑
構(gòu)建完善組學(xué)方法體系 高效推動(dòng)作物定向改良
張學(xué)斌一直致力于構(gòu)建完善組學(xué)方法體系坟翠，包括代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)腰素、激素組學(xué)聘裁、脂質(zhì)組學(xué)雪营、揮發(fā)組學(xué)、金屬組學(xué)等衡便，全力推動(dòng)中國(guó)特色種業(yè)發(fā)展献起。由Q Exactive™ Plus、 Orbitrap Exploris™ 480镣陕、TSQ Altis™三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用 谴餐、 TSQ™ 9610三重四極桿氣質(zhì)聯(lián)用和iCAP™ RQ電感耦合等離子體質(zhì)譜作為主力質(zhì)譜為平臺(tái)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，Orbitrap的高質(zhì)量分辨率呆抑、高質(zhì)量精確度為鑒定提供了很大幫助岂嗓。
擬靶向代謝組學(xué)成為重要方法體系
張學(xué)斌發(fā)揮了Orbitrap高質(zhì)量分辨率以及TSQ Altis高準(zhǔn)確度、靈敏度優(yōu)勢(shì)鹊碍，開(kāi)創(chuàng)了作物擬靶向代謝組學(xué)方法體系厌殉，該體系兼具非靶向代謝組學(xué)定性與靶向分析精準(zhǔn)定量?jī)?yōu)勢(shì)，不依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)品侈咕，方法高效选浅、節(jié)約成本，在上述兩項(xiàng)科研成果得到了成功應(yīng)用庇讥。隨著植物代謝組學(xué)快速發(fā)展尚技，該方法正逐步成為作物優(yōu)良性狀篩選的重要工具，顯著提升生物育種的效率和準(zhǔn)確性润沸。
代謝組學(xué)平臺(tái)：Q Exactive Plus高分辨質(zhì)譜儀潭耙、TSQ Altis 三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用儀
蛋白質(zhì)組學(xué)、揮發(fā)組學(xué)和金屬組學(xué)
研究植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中體內(nèi)蛋白質(zhì)和翻譯后修飾水平启血，有助于深入探索作物抗逆機(jī)制及提升抗病性魂姆。基于Orbitrap Exploris 480質(zhì)譜平臺(tái)户载，張學(xué)斌團(tuán)隊(duì)已經(jīng)構(gòu)建了非標(biāo)記澜茁、標(biāo)記定量和修飾蛋白質(zhì)組學(xué)等方法體系，研究作物在特定條件和發(fā)育階段的蛋白質(zhì)表達(dá)锻宵、互作和修飾及隨時(shí)間的變化从肮，為探索優(yōu)良形狀背后的分子機(jī)制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)育種提供有力支撐扰藕。揮發(fā)組學(xué)缓苛、金屬組學(xué)在研究植物代謝產(chǎn)物、風(fēng)味以及糧食作物對(duì)土壤重金屬吸收機(jī)制方面發(fā)揮關(guān)鍵作用邓深，三重四極桿氣質(zhì)聯(lián)用儀和ICPMS技術(shù)成為這一研究的主要手段未桥。
蛋白組學(xué)、揮發(fā)組學(xué)及金屬組學(xué)平臺(tái)： Orbitrap Exploris 480高分辨質(zhì)譜儀芥备、TSQ 9610三重四極桿氣質(zhì)聯(lián)用儀冬耿、iCAP RQ 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀
讓更多種子裝上“中國(guó)芯” 質(zhì)譜技術(shù)賦能種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
我國(guó)“種業(yè)芯片”正處于創(chuàng)新發(fā)展階段舌菜，如何讓更多種子裝上“中國(guó)芯”是未來(lái)的重要方向。后基因組時(shí)代亦镶，我們關(guān)注的不僅是作物的性狀日月、品質(zhì)，還包括氣味缤骨、口感爱咬。這些品質(zhì)特征是一系列代謝產(chǎn)物發(fā)揮作用，如揮發(fā)性绊起、水溶性或脂溶性的化合物精拟，代謝組學(xué)成為植物育種新的熱點(diǎn)研究方向。質(zhì)譜技術(shù)是解析這些代謝產(chǎn)物的利器搬雳，能夠助力精準(zhǔn)地育種和改良作物为或，讓它們更好看锤观、更好吃晃键、更健康！
人物簡(jiǎn)介
張學(xué)斌 教授
河南大學(xué)
2008年獲得英國(guó)諾丁漢大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位漱啥，先后就職于英國(guó)的洛桑實(shí)驗(yàn)站和美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室迟赶，2018年加入河南大學(xué)，組建了獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)和《河南大學(xué)多組學(xué)聯(lián)合研究中心》灶常、《河南省作物逆境多組學(xué)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室》堵但，并擔(dān)任河南大學(xué)多組學(xué)聯(lián)合研究中心執(zhí)行主任，河南省作物逆境多組學(xué)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室副主任毯输。獲得人社部高層次留學(xué)人才铁厌、河南省特聘教授、中原英才計(jì)劃-引才系列霜甜、河南省高層次人才C類(lèi)惹模，入選河南大學(xué)人才特區(qū)支持計(jì)劃。主要研究方向包括：植物酚類(lèi)化合物合成與代謝箕昭、多組學(xué)聯(lián)合解析植物逆境適應(yīng)的分子機(jī)理灵妨、F-box基因家族功能解析等，旨在為小麥落竹、玉米泌霍、大豆等重要農(nóng)作物的抗逆性能、品質(zhì)提供重要技術(shù)支撐述召。在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文60余篇朱转，總引用超過(guò)2500次，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)积暖。
參考文獻(xiàn)：
1.The Kelch-F-box protein SMALL AND GLOSSY LEAVES 1 (SAGL1) negatively influences salicylic acid biosynthesis in Arabidopsis thaliana by promoting the turn-over of transcription factor SYSTEMIC ACQUIRED RESISTANCE DEFICIENT 1 (SARD1). K Yu, et al., L AJ Mur*,X Zhang*. New phytologist,2022, 235(3), Issue3,Pages 885-897
2. High-quality chromosome-level genome assembly and multi-omics analysis of rosemary (Salvia rosmarinus) reveals new insights into the environmental and genome adaptation. Yong Lai, Jinghua Ma, Xuebin Zhang, et al. Plant Biotechnology Journal. 16 February 2024
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