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基迪奥客户文章|代谢组和转录组联合研究花的发育机制

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发表于 2017.3.17 10:01:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
看过我们之前代谢组系列文章介绍的童鞋,应该都知道在系统生物学中,代谢组学是重要的一环,直接与表型相关。与基因组、转录组相比,代谢组更能直接体现机体对环境刺激或改变的反应。

由于代谢物是体现在代谢通路上的,因此代谢组与转录组的关联分析是很多研究中常用的方法。转录组分析得到差异基因后,联合代谢组数据,可以在代谢通路上更好地解释转录调控机制,文章更有说服力。

下面我们来看看两篇基迪奥客户文章,是如何利用代谢组和转录组来研究花发育过程中的分子机制的。

文章一:番荔枝花发育的转录调控研究[1]


发表文章:《Frontiers in Plant Science》
影响因子:4.495
合作单位:岭南师范学院

取材

番荔枝花发育四个时期的样本:花序分生组织(IM)、花芽(FB)、成花阶段1(FL1)、成花阶段2(FL2)。



结果

转录组分析得到大量与花发育相关的转录因子家族基因,包括bHLH、NAC、B3、MYB等。GO和KEGG信号通路分析结果发现,144个基因与开花时间、花发育相关,涉及六条经典的开花相关信号通路:光周期(photoperiod)、春化路径(vernalization)、自发路径(autonomous)、热感应(thermosensory)、衰老(aging)、GA信号通路。作者在文中详细讨论了这六条经典开花相关信号通路中的基因在番荔枝花发育过程中的表达量变化情况和趋势,这里就不做介绍了。

我们重点看下作者是如何将转录组数据与代谢组数据联合起来讨论植物激素信号通路的。

前面KEGG信号通路富集分析结果显示,不同开花时期的差异基因主要富集于植物激素信号通路和昼夜节律信号通路,而生长素auxin、脱落酸ABA、赤霉素GA、细胞分裂素cytokinin这四种植物激素与成花转变和花发育密切相关。作者将这四种植物激素信号通路上的相关基因拿出来,分析这些基因在不同花发育阶段的表达量变化趋势,发现这些调控基因大部分呈现出阶段特异性的表达趋势,如下图所示:



一般的文章这时候都是只在转录组层面分析讨论这些基因的变化,略显空洞并且缺乏信服力。但这篇文章的做法是,同时检测了GA、 IAA、ABA和细胞分裂素这几种植物激素在四个花发育阶段的浓度变化,然后结合转录组数据分析这些信号通路的变化,信服力暴涨有木有。首先我们来看看植物激素检测的结果:



GA、cytokinin和IAA的浓度在花发育过程中都是显著下降,而ABA的浓度则显著上升。下面我们结合转录组的数据来分析讨论一下这些植物激素信号通路的变化:

1.生长素auxin

生长素在植物花发育过程中起着非常重要的作用,参与了花原基形成和花器官识别。转录组结果鉴定出不少ARF和Aux/IAA基因,说明ARF-Aux/IAA信号通路在番荔枝花发育过程中有着重要作用。

(1)auxin反应因子ARF:ARF是一个经典的auxin反应家族。ARF1基因主要在IM阶段高表达,而ARF19则主要在FL1阶段高表达,暗示了这些不同的家族基因在花发育过程中发挥着不同的作用。

(2)吲哚乙酸IAA:IAA10基因在花发育过程中表达量增加,表明其在花发育初期有着重要的作用。IAA3在花发育过程中表达量增加,在FL2阶段表达量最高,这与IAA浓度的变化趋势并不一致,暗示IAA3在花发育过程中可能受到乙烯的调控。

(3)Auxin转运基因:PIN7和MLO4的表达量在花发育过程中逐渐下降,这可能解释了IAA的浓度在花发育过程中逐渐下降的原因。

2.赤霉素GA

GA的表达由五个蛋白基因调控:GAI、RGA、RGL1、RGL2、RGL3。其中,GA2ox家族基因催化了GA的生物合成。转录组结果显示,GA2OX6和GA2OX7的表达量在花发育过程中显著下降,这与GA的浓度变化趋势一致。

文章二:月季成花转变的转录调控研究[2]


发表杂志:《BMC Genomics》
影响因子:3.867
合作单位:北京林业大学

取材

月季三个成花转变阶段(VM、TM、FM)的茎顶端分生组织旁的叶子,每组三个重复,共9个样本。



结果

1.代谢物含量变化

(1)糖和淀粉糖的含量从VM到TM阶段上升,但从TM到FM阶段下降;淀粉含量从VM到FM阶段一直下降。



(2)植物激素检测了生长素(Aux)、ABA、GA的浓度:



2.转录组结果


共鉴定出1637个差异表达基因,其中32个基因与生物钟、糖代谢、植物激素、自发通路相关(如下图)。



3.代谢物与转录组数据联合分析

(1)糖代谢糖生物合成和转运信号通路上的基因的表达趋势与糖含量的变化趋势一致,都表现为从VM到TM阶段上升,从TM到FM阶段下降,说明糖类物质可能是成花转变的一个信号,可调控开花相关基因如SOC1,AP1的表达。

(2)淀粉代谢淀粉含量在成花转变阶段逐渐下降,而淀粉合成基因如SS1-4,GSSS1,THI1等的表达量在VM到TM阶段上升,在TM到FM阶段又稍稍下降,说明在成花转变的过程中淀粉消化为蔗糖的速率加快。另外,两个淀粉降解基因AMY和BAM1的表达量在VM阶段到TM阶段上升,说明充足的可溶性糖在成花转变过程中的必须的。

(3)生长素auxin生长素的浓度和生长素相关基因(生长素结合蛋白ABP、生长素反应因子ARF等)的表达在成花转变过程中都逐渐升高。表明生长素可促进成花转变。

(4)赤霉素GAGA1,GA3,GA4的浓度在月季花从VM到TM阶段的转变中快速下降,同时GA合成基因如CPS,KO,GA20ox1,GA3ox的表达量也下调了,而催化活性GA为非活性形式的基因GA2ox的表达量上升,这说明GA在月季成花转变过程中起着负调控的作用。

(5)脱落酸ABAABA在组织中的含量比其他植物激素都高,但从VM阶段到TM阶段浓度大幅下降,同时ABA合成基因NCED和受体基因PYL,PYR的表达量也显著下调,说明ABA信号通路在月季成花转变过程中起着抑制的作用。

值得一提的是,本文作者有致谢OmicShare Tools!这是第一篇使用我们的云平台工具并在发表文章中致谢OmicShare的文章!我们的云平台不仅可以帮你们分析数据,画出的图还可直接用于文章发表,助力您的科研。



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参考文献:

[1] Liu K, Feng S, Pan Y, et al. Transcriptome Analysis and Identification of Genes Associated with Floral Transition and Flower Development in Sugar Apple (Annona squamosa L.)[J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 7.
[2] Guo X, Yu C, Luo L, et al. Transcriptome of the floral transition in Rosa chinensis ‘Old Blush’[J]. BMC genomics, 2017, 18(1): 199.
            

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迅猛龙

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发表于 2017.3.17 10:50:39 | 显示全部楼层
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发表于 2017.3.24 20:31:12 | 显示全部楼层
代谢组的数据结果不是很丰富,怎么破,看来没有转录组单单的代谢组很难发文章呀
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帝王蝶

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发表于 2017.4.14 19:25:24 | 显示全部楼层
很好的例子,谢谢,学习了
新的一天加油!
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帝王蝶

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发表于 2017.4.22 09:22:03 | 显示全部楼层
只是找一些代谢物来检测,比如植物常检测激素、糖类,与转录组分析时还能得到一些可分析的又不错的结果。但是如果真的去做代谢组,两个组学的单独分析结果往往并不能吻合,尤其是做通路显著性分析时,一个走向这几个途径,一个走向另外几个途径。
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迅猛龙

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发表于 2017.4.22 10:43:37 | 显示全部楼层
加油!
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草履虫

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发表于 2017.5.4 14:29:36 | 显示全部楼层
好啊,可能后面要做
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草履虫

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迅猛龙

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