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如何进行植物“转录组+代谢组”联合分析？

基迪奥生物 · 公众号 · · 2024-12-21 17:34

正文

多组学联合分析可以系统地解析复杂的生物学调控机制，特别是“转录组+代谢组”联合分析，可以同时从“因”和“果”两个层面来探究生物学问题，筛选出关键基因、代谢物和代谢通路，在植物生长发育、逆境胁迫下的响应机制、植物次生代谢物等研究领域有广泛应用。

基迪奥的多组学联合分析服务口碑在线，文章产出更是不断！下面分享6篇基迪奥生物的植物“转录组+代谢组”项目文章，希望可以给大家提供一些参考。

案例1

多组学分析揭示贴梗海棠的花青素合成与耐旱性胁迫耐受性相关

英文标题： Multi-omics analysis reveals anthocyanin synthesis is associated with drought stress tolerance in Chaenomeles speciosa flowers

发表期刊： Journal of Cleaner Production

发表时间： 2024.09.25

产品服务： 代谢组, RNA-seq,蛋白组

客户单位： 西北农林科技大学

影响因子： 9.7

物种样本： 贴梗海棠花瓣

DOI： 10.1016/j.jclepro.2024.143755

本研究以贴梗海棠花瓣为材料，设置了干旱处理组和对照组，每组重复三次，通过多组学联合分析研究了干旱胁迫下皱皮木瓜花色变化机制。研究发现在干旱胁迫下，花色变化的主要原因是花青素的合成增加，同时乙烯和脱落酸含量也显著升高。乙烯和脱落酸能够促进花青素的合成，但它们在干旱胁迫下的协同调控机制尚不清楚。本研究验证了ET/ABA介导的干旱胁迫响应调控花青素合成的假设，研究推测CsERF2, CsbZIP24-CsMYB6信号模块在花青素合成的精确和动态调控中起着关键作用。

图1. 贴梗海棠TG0和TG4花瓣差异基因和蛋白质的富集分析

案例2

转录组揭示 GmSTOP1-3 调节黄酮类化合物合成并增强大豆耐铝能力

英文标题： GmSTOP1-3 regulates flavonoid synthesis to reduce ROS accumulation and enhance aluminum tolerance in soybean

发表期刊： Journal of Hazardous Materials

发表时间： 2024.10.06

产品服务： 代谢组, RNA-seq

客户单位： 华南农业大学

影响因子： 12.2

物种样本： 大豆根系

DOI： 10.1016/j.jhazmat.2024.136074

本研究旨在揭示大豆转录因子GmSTOP1–3在响应铝毒性时参与调节黄酮类化合物合成和代谢的新机制，为大豆耐铝育种提供了新的理论依据和基因资源。大豆基因表达数据库和RT-qPCR结果表明，GmSTOP1-3 在大豆根尖中高表达，并受铝胁迫的诱导。铝胁迫处理下，GmSTOP1-3基因的表达水平显著升高，且在根尖0-2 cm段表达量最高。构建GmSTOP1-3过表达转基因大豆植株，发现其根长、鲜重、干重和总根长均显著高于野生型植株，且铝积累量显著降低。

RNA-seq 分析表明，RNA-seq鉴定出GmSTOP1-3的498个下游基因，包括参与类黄酮生物合成的基因。GmSTOP1-3过表达植株中参与黄酮类物质合成的基因表达水平显著升高，包括查尔酮合成酶 (GmCHS) 和异黄酮合成酶 (GmIFS)。定量黄酮类物质代谢组学分析表明，GmSTOP1-3过表达显著提高了大豆根尖中柚皮素查尔酮、柚皮素和染料木素的含量。相关性分析表明，黄酮类物质含量与参与黄酮类物质合成的基因表达水平呈正相关。GmSTOP1-3通过调控黄酮类物质合成相关基因的表达，增加黄酮类物质的积累，从而增强大豆对铝胁迫的耐受性。黄酮类物质具有强大的抗氧化和自由基清除活性，可以有效清除铝胁迫下产生的活性氧，保护细胞免受损伤。

图2. 铝胁迫下 GmSTOP1-3 过表达对大豆根系基因表达谱的影响

案例3

转录组和代谢组分析揭示甘蔗理想性状的遗传结构

英文标题： Dissection of genetic architecture for desirable traits in sugarcane by integrated transcriptomics and metabolomics

发表期刊： International Journal of Biological Macromolecules

发表时间： 2024.10.06

产品服务： 代谢组, RNA-seq,

客户单位： 福建农林大学

影响因子： 7.7

物种样本： 甘蔗

DOI： 10.1016/j.ijbiomac.2024.136009

本研究对5个优良品种和2个亲本品种进行转录组和代谢组学分析，比较不同品种间的基因表达和代谢物积累差异。通过O2PLS分析和Pearson相关性分析，鉴定出113个与20个DAMs高度相关的DEGs。这些DEGs和DAMs主要参与碳固定、淀粉和蔗糖代谢、植物激素生物合成过程和次生代谢物生物合成等途径。这些结果表明，DEGs和DAMs之间的相互作用在调控甘蔗优良性状中发挥着重要作用。本研究揭示了甘蔗优良性状的分子基础，并鉴定了与这些性状相关的关键基因和代谢物，为甘蔗的分子育种提供了理论依据和基因靶点。

图3. 甘蔗的代谢分析

案例4

代谢组和转录组揭示纳米塑料毒性诱导美洲杨的代谢变化

英文标题： Nanoplastic toxicity induces metabolic shifts in Populus × euramericana cv. '74/76' revealed by multi-omics analysis

发表期刊： Journal of Hazardous Materials

发表时间： 2024.03.30

产品服务： RNA-seq,代谢组

客户单位： 河北农业大学

影响因子： 13.6

物种样本： 杨树叶片

DOI： 10.1016/j.jhazmat.2024.134148

本研究通过微观解剖、转录组学和代谢组学等方法研究纳米塑料毒性。通过UPLC-MS/MS技术，在对照组与各PS-NPs处理组之间共鉴定出318个差异积累代谢物 (DAMs)，其中上调DAMs数量远多于下调DAMs。通过整合转录组和代谢组数据，发现植物可以通过抗氧化酶系统抵消轻度PS-NP诱导的氧化应激，而不启动次级代谢防御机制。而重度PS-NP处理促进了代谢模式从初级代谢到次级代谢防御机制的转变，这种效应在类黄酮生物合成的上调期间特别明显。本研究进一步阐明了关键生化途径在植物对纳米塑料毒性反应中的作用。

图4. PS-NP胁迫诱导杨树代谢图谱变化

案例5

转录组与代谢组学揭示了青藏高原川贝母对镉毒性的分子反应

英文标题： Physiological, cytological and multi-omics analysis revealed the molecular response of Fritillaria cirrhosa to Cd toxicity in Qinghai-Tibet Plateau

发表期刊： Journal of Hazardous Materials

发表时间： 2024.05.14

产品服务： RNA-seq,代谢组

客户单位： 中国中医科学院

影响因子： 13.6

物种样本： 川贝母

DOI： 10.1016/j.jhazmat.2024.134611

川贝母是高原地区特有的濒危植物，由于青藏高原的污染，面临着日益严重的镉胁迫。本研究采用生理、细胞学和多组学技术，研究了镉胁迫对肝硬化的毒性作用和解毒机制。结果表明，镉对细胞膜和细胞器造成严重损伤，导致显著的氧化损伤，降低光合作用、生物碱和核苷含量以及生物量。综合多组学分析表明，谷胱甘肽代谢和细胞壁生物合成途径共同构成了肝硬化对镉胁迫的解毒机制。

图5. 镉对 F. cirrhosa 叶片和鳞茎的超微结构的影响

案例6

代谢组和转录组分析揭示了木瓜具有生物活性的化合物调控网络

如何进行植物“转录组+代谢组”联合分析？

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