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如何进行植物转录组调控研究？

基迪奥生物 · 公众号 · · 2024-12-29 11:00

正文

转录调控作为最基础且复杂的生物学研究之一，基因与上游表观系统和下游翻译、代谢系统都密切关联。围绕转录调控多组学研究，基迪奥一直口碑实力双在线，高分文章源源不断！往期2024部分高分项目文章分享可戳：

《转录调控多组学优秀项目文章分享》

《2024植物转录组优秀项目文章分享》

《非编码RNA优秀项目文章分享》

《6-8月高分转录组项目文章分享》

《9-11月优秀转录组项目文章分享》

接近年终，本期再最后为大家盘点一波今年度漏网的高分植物转录组项目文章，以供大家参考学习，欢迎有测序意向的老师与我们联系。基迪奥可针对不同客户的实际需求和样本情况，定制专属的个性化分析方案和发文策略。

案例1

多组学分析γ-氨基丁酸绿茶的风味特征和形成机制

英文题目： Combined multi-omics approach to analyze the flavor characteristics and formation mechanism of gabaron green tea

发表期刊： Food Chemistry

发表时间： 202407

影响因子： 8.5

物种样本： γ-氨基丁酸绿茶

公司产品： RNA-seq

DOI： 10.1016/j.foodchem.2024.138620

合作单位： 安徽农业大学

γ-氨基丁酸绿茶（Gabaron green Tea, GAGT）经过特殊的厌氧处理，具有独特的风味和保健功效。然而，这种复合处理如何影响GAGT的香气形成及其调控机制却鲜有报道。本研究采用非靶向代谢组学和分子感官科学，叠加筛选差异代谢物和关键香气贡献物。通过转录组学和相关分析，研究了厌氧处理对GAGT香气形成的潜在调控机制。筛选出苯乙醛、壬醛、香叶醇、芳樟醇和氧化芳樟醇III五种挥发性物质作为目标代谢物。通过转录水平差异基因的筛选和分析，提出乙烯信号通路中的一些CsERF转录因子可能参与了厌氧处理的响应。它们可能会调控目标代谢物代谢途径中相关基因的表达，从而影响GAGT的风味。本研究的发现为GAGT的风味及其形成提供了新的信息。

Fig1 GAGT加工过程中几种香气成分含量及相关调控基因表达水平的改变

案例2

砷超积累植物 Pteris vittata 的新型磷酸酶PvPAP1促进有机磷的利用和植物生长：细胞外渗出和植酸水解

英文题目： Novel phosphatase PvPAP1 from the As-hyperaccumulator Pteris vittata promotes organic P utilization and plant growth: Extracellular exudation and phytate hydrolysis

发表期刊： Journal of Hazardous Materials

发表时间： 202408

影响因子： 12.2

物种样本： 蜈蚣凤尾蕨叶和根部

公司产品： RNA-seq

DOI： 10.1016/j.jhazmat.2024.134867

合作单位： 南京大学

有机磷（Po）是土壤磷的主要成分，但通常无法被植物吸收。紫色酸性磷酸酶（PAP）能水解多种磷，在植物利用磷的过程中发挥着重要作用。该项研究中，研究了一种来源于砷超积累植物 Pteris vittata 的新型磷酸酶PvPAP1。研究发现PvPAP1能够有效利用包括腺苷三磷酸（ATP）和植酸在内的多种有机磷源。与常规磷酸酶不同，PvPAP1在 Pteris vittata 的根部大量表达，并且在磷缺乏条件下其表达量增加了3.5倍。当在转基因烟草根部表达时，磷酸酶活性比野生型提高了约8倍。此外，PvPAP1表现出强大的分泌能力，能够在根部表面形成明显的蓝色反应。在长期沙质土壤培养实验中，使用ATP作为唯一磷源时，表达PvPAP1的烟草植物根系生物量比野生型高25%至30%。因为PvPAP1表达在转基因烟草中将其磷酸酶活性提高了6.5-9.2倍，从而在ATP处理下其根中磷含量增加了39-41%，在植酸盐处理下增加了9.4-30%。研究结果表明，PvPAP1是一种新型的分泌型磷酸酶，对于 P. vittata 利用外部Po至关重要，这表明PvPAP1有可能成为提高作物植物Po利用率的宝贵基因资源。

Fig2 PvPAP1在受缺磷诱导 Pteris vittat a的根部大量表达

案例3

处方成分葫芦素IIa的生物合成途径及在工程酵母和烟草中高水平生产关键的三萜中间体

英文题目： Biosynthetic pathway of prescription cucurbitacin IIa and high-level production of key triterpenoid intermediates in engineered yeast and tobacco

发表期刊： Plant Communications

发表时间： 202406

影响因子： 9.4

物种样本： 雪胆的根、块茎、茎、叶和花

公司产品： RNA-seq

DOI： 10.1016/j.xplc.2024.100835

合作单位： 云南农业大学

葫芦素IIa是一种专门从雪胆属植物中分离的三萜类化合物，是一种非甾体抗炎药，在中国是处方雪胆甲素片和雪胆甲素胶囊的主要成分。葫芦素IIa的生物合成途径一直未知，且在半乳糖介质中异源生产葫芦素成本高昂且产量低。该研究通过在酿酒酵母和本氏烟草中异源表达，鉴定了编码两种角鲨烯环氧化酶（ HcSE1-2 ）、六个OSC基因（ HcOSC1-6 ）、两个CYP450（ HcCYP87D20 和 HcCYP81Q59 ）和1个酰基转移酶（ HcAT1 ）在葫芦素IIa生物合成中的功能。通过模块化工程改造甲羟戊酸途径和优化P450表达水平，作者在酵母中从葡萄糖高效生产关键葫芦素前体11-carbonyl-20β-hydroxy-Cuol。摇瓶中得到的46.41 mg/l 11-carbonyl-20β-hydroxy-Cuol和126.47 mg/l总葫芦素三萜的产量是工程微生物中报道的最高产量。随后，通过烟草中的瞬时基因表达生产11-carbonyl-20β-hydroxy-Cuol，叶片干重产量达到1.28 mg/g。综上所述，这项工作揭示了处方葫芦素IIa 生物合成的关键基因，并构建了使用葡萄糖作为碳源的工程酿酒酵母菌株，可从头合成关键葫芦素三萜中间体。这将为快速筛选候选基因和高产药理三萜类化合物的生产提供了低成本、高效的平台。

Fig3 通过WGCNA和共表达分析以及 HcSE 、 HcOSC 和 HcAT 基因的组织表达分析，确定参与CuIIa生物合成的候选基因

案例4

转录组分析— CYP714C2 的瞬时表达可提高梨的抗性

英文题目： Transcriptomic analysis–Transient expression of CYP714C2 improves resistance in pears

发表期刊： Postharvest Biology and Technology

发表时间： 202407

影响因子： 6.4

物种样本： 梨

公司产品： RNA-seq

DOI： 10.1016/j.postharvbio.2024.112966

合作单位： 江苏大学食品与生物工程学院

采后梨果实极易受到病原体的感染，尤其是 Penicillium expansum 。细胞色素P450家族在植物对病原体入侵的防御反应中起着至关重要的作用。然而，梨果实中CYP714C2防御的基础机制仍不清楚。该研究中使用瞬时表达技术和转录组学分析，研究了梨过表达CYP714C2后的分子和生理变化。研究结果表明，CYP714C2的上调显著增强了与梨抗性相关基因的表达，包括 CDPK、CNGC、FLS2、WRKY22、WRKY29、PYL1、ETR、ERS、EIL3、ERF1、NPR、GST、BGLU 等。此外， CYP714C2 过表达改变了淀粉和蔗糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、谷胱甘肽代谢、植物激素信号转导、MAPK信号通路-植物、植物-病原体相互作用和其他耐药相关途径。同时，梨的SOD、POD和GST活性增加。 CYP714C2 的瞬时表达也导致梨中病原体感染的发生率和严重程度降低。研究还发现，CYP714C2蛋白可以与赤霉素代谢途径中的关键蛋白GA2ox1相互作用。总而言之，该研究表明 CYP714C2 在增强梨果实的抗性方面发挥了作用，并详细介绍了其增强果实抗性的分子机制，这为未来探索水果抗病性提供了理论基础。

Fig4 GO功能注释

案例5

转录组揭示本氏烟识别梨炭疽病菌核心效应子介导非寄主抗性

英文题目： Extracellular perception of multiple novel core effectors from the broad host-range pear anthracnose pathogen Colletotrichum fructicola in the nonhost Nicotiana benthamiana

发表期刊： Horticulture Research

发表时间 ： 202403

影响因子： 7.6

物种样本： 接种果生炭疽菌的烟草

公司产品： RNA-seq

DOI： 10.1093/hr/uhae078

合作单位： 安徽农业大学

果生炭疽菌（ Colletotrichum fructicola ）作为一种毁灭性的病原真菌，在各种园艺作物，尤其是水果中引起炭疽病。利用非宿主抗性（NHR）代表了植物病害管理的稳健策略。对植物病原体的核心效应子的感知经常导致非宿主植物的超敏细胞死亡和抗性；然而， C. fructicola 中的这些核心效应子及其在非宿主中的信号组分仍然难以捉摸。该研究中，作者发现从梨中分离出的致病性 C. fructicola 菌株在本氏烟草中表现出不适应性。感知 C. fructicola 分泌的分子似乎是NHR中的一个主导因素，相应地，本氏烟草检测到的四个新的核心效应子—CfCE4、CfCE25、CfCE61和CfCE66 被识别出来。这些核心效应子在本氏烟草中表现出诱导细胞死亡的活性，并在细胞外间隙中积累。通过一系列CRISPR/Cas9编辑的突变体或基因沉默植物，作者发现共受体BAK1和辅助NLRs，包括ADR1、NRG1和NRCs，在本氏烟草中介导了这些核心效应子的感知。同时， C. fructicola 显著诱导了本氏烟中编码细胞表面免疫受体和细胞内免疫受体的多个基因。这项工作代表了对负责NHR的 C. fructicola 核心效应子库的首次表征。重要的是，这项研究揭示的新型核心效应子及其信号组分为理解NHR期间的层级免疫连续体提供了见解，并将有助于多种园艺作物的炭疽病管理。

Fig5 果生炭疽菌诱导本氏烟草免疫反应和抗病性

案例6

PmAP2L 的49-bp缺失导致梅花出现重瓣表型

英文题目： A 49-bp deletion of PmAP2L results in a double flower phenotype in Prunus mume

发表期刊： Horticulture Research

发表时间： 202402

影响因子： 7.6

物种样本： 梅花

公司产品： RNA-seq

DOI： 10.1093/hr/uhad278

合作单位： 北京林业大学

重瓣花是一种重要的性状，具有重要观赏价值。虽然PETALOSA TOE型或 AG（AGAMOUS） 基因突变在提高观赏植物花瓣数量方面起着至关重要的作用，但重瓣花形成的完整机制仍有待全面阐明。该研究通过应用BSA，鉴定了一个新的基因 PmAP2L ，其特征是在重瓣花梅花中缺失了49个bp。GUS染色和双荧光素酶报告实验证实， PmAP2L 的49-bp缺失减少了其与 Pmu-miRNA172a 的结合。系统进化和微共线性分析表明， PmAP2L 不是一个PETALOSA TOE型基因，它可能是控制梅花重瓣形成的一个新基因。随后，在烟草中过表达 PmAP2L-D 导致雄蕊数量显著增加，雄蕊转化为花瓣。此外，在月季中沉默同源基因 RC5G0530900 会显著减少花瓣的数量。利用梅花花芽中的瞬时基因表达，作者确定了 PmAP2L-D 和 PmAP2-S 在控制花发育方面的功能差异。同时，DAP-seq、酵母杂交实验和双荧光素酶报告实验表明，PmAP2L通过与PmTPL和PmHDA6/19形成抑制复合物，负向调控花器官特征基因。总之，这些研究结果表明了 PmAP2L 的变异与花器官特征基因调控的差异有关，为植物的重瓣性状和重瓣育种提供了新见解。

Fig6 重瓣基因 PmAP2L-D 和单瓣基因 PmAP2L-S 的功能差异

案例7

脱落酸诱导转录因子PsMYB306负调控牡丹花蕾休眠解除

如何进行植物转录组调控研究？

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