高温是植物生长过程中经常遇到的应激源。当温度上升到阈值水平并持续一段时间，就会对植物的生长发育造成不可逆转的损害。短时间或长时间的高温胁迫会引起光合作用、水分代谢、内源激素水平、一级和二级代谢产物水平等一系列生理生化变化，影响植物的生长发育过程，甚至导致作物产量严重下降。脂质组学技术的发展为探索脂质在植物抗高温胁迫过程中的生理功能和机制提供了一定的科学依据。
病例1日高温胁迫下小麦花粉脂质体的变化(1)
高温是世界小麦产区主要的非生物胁迫。从1961年到2002年，全球最低和最高气温每升高1摄氏度，小麦产量就会下降3.2-8.4%。高温胁迫导致小麦结实率降低的主要原因是花粉表现不佳。高温胁迫下花粉脂质代谢及其途径中的酶的变化在花粉中起着重要作用。然而，高温诱导花粉脂质体的变化及其在小麦植株高温适应中的作用尚未得到研究。
本文采用ESI-MS / MS方法对89种花粉脂质分析物进行了定量分析，分析了高温胁迫下花粉脂质组成及脂质变化。研究发现，白天和/或夜间的高温会导致胞外类PC、PE、PI、PA和PS的二酰基脂类组成发生显著变化，这些磷脂是由内质网合成的。高温导致多不饱和脂质含量降低，低不饱和脂质含量增加。花粉中PC与PE呈负相关。相关分析表明，在高温胁迫下，细胞外磷脂存在共发生性，并证实了细胞外磷脂的高温响应性。
温度对小麦基因型质体外磷脂分子种类的影响
高温胁迫下植物叶片甘油脂质的脂质组学研究（2）
当植物受到高温胁迫时，囊状体的结构发生改变和重组。细胞膜的脂质组成也发生了改变，产生脂质相关的信号分子，使脂质免于氧化，随后修复受损的膜结构。将脂质组学引入模型植物拟南芥的脂质代谢研究，明确脂质分类，明确具有部分位置异质性的特定脂质，将更有利于研究植物对高温胁迫的响应。
植物中的脂肪酸主要在叶绿体中合成。膜磷脂的主要合成部位是内质网。在高温胁迫下，脂肪酸需要乙酰辅酶A同时酯化脂肪酸运输。在本研究中，我们进行了植物脂质组学分析，以概述涉及磷脂相关基因、蛋白质以及主要的16和18碳饱和或不饱和脂肪酸的过程。比较了植物合成甘油脂的原核和真核途径的选择和转化。分析了长时间或短时间环境胁迫对单半乳糖二酰甘油(MGDG)、双半乳糖二酰甘油(DGDG)、磷脂含量及组成的影响，包括磷脂酸、卵磷脂、铜蓝蛋白、甘油磷脂等。本研究表明，在各种非生物胁迫中，植物叶片在热胁迫下，叶绿体中含有亚油酸(18:2)的半乳糖脂水平明显升高;内质网和质膜中含有棕榈酸酯(16:0)、硬脂酸酯(18:0)和油酸酯(18:1)的磷脂;拟南芥叶片中含有α-亚麻酸(18:3)和十六烷基三烯酸(16:3)的三酰甘油为脂滴。
热胁迫和其他非生物胁迫下叶片甘油脂组成的变化。
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资源
- Narayanan, S.， Prasad, P. V. & Welti, R.(2018)。昼夜高温胁迫下小麦花粉脂质组的变化。植物生态学报，41(8)，1749-1761。
- 东，Y.， &斋藤，K.(2019)。热胁迫下植物叶片膜甘油脂的脂质组学研究。脂质研究进展，75,100990。