转录+代谢逆境方向文献汇总
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公众号标题:11个体无验证如何发NC?短期限时进食改变代谢物节律性而不影响生物钟基因表达发表期刊:Nature Communications影响因子:12.121发表时间:2020年9月导读限时进食即减少一天中的进食时间,在有限的时间内进食(10小时内),也称间歇性禁食,是一种通过延长禁食时间来控制饮食摄入的实用方法,可以改善人类的代谢健康。
限时进食通过减少能量摄入来减轻体重,可以在不依赖于每日能量摄入的情况下提高全身胰岛素敏感性和β细胞反应性,延长禁食时间可以改善血糖控制并降低心血管疾病的发生率。
但科学家们对这一现象的生物学解释仍然知之甚少。
Nature Communications近期发表的一项研究表明,短期限时进食能在不干扰生物钟基因表达的情况下,影响血清和骨骼肌中的代谢物的节律性,并调节控制氨基酸转运基因的节律性。
一、摘要限时进食(Time-restricted feeding, TRF)可以改善代谢健康,而不受饮食中常量营养成分或能量限制的影响。
为了阐明短期TRF的作用机制,对11名超重男性进行随机交叉试验,研究短期(5天)限时进食(TRF,每天进食期8小时)和延长进食(EXF,每天进食期15小时)对骨骼肌和血清的代谢组及骨骼肌转录组的影响。
结果显示两种进食模式下骨骼肌核心生物钟基因表达相似。
TRF使骨骼肌转录本(而非骨骼肌或血清的代谢物)振幅增大,并诱导了骨骼肌中几种氨基酸转运基因和代谢物的节律性;在血清中,脂类是最大的一类周期性代谢物,TRF主要引起氨基酸相关的代谢物浓度峰值提前。
总之,超重男性的短期TRF 会影响血清和骨骼肌代谢物的节律性,并调节控制氨基酸转运基因的节律性,而不会干扰核心生物钟基因的表达。
二、研究思路三、研究结果1.共有及特有周期性转录本和代谢物通过骨骼肌转录组鉴定到1,609个TRF特有变化的转录本,615个EXF 特有变化的转录本,582个共同变化转录本(图a)。
黄亚成,任东立,何 斌,等.转录组学和代谢组学在植物非生物胁迫中的研究进展[J].江苏农业科学,2023,51(22):1-7.doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2023.22.001转录组学和代谢组学在植物非生物胁迫中的研究进展黄亚成1,任东立1,2,何 斌1,赵艳妹1,2,龚小见2,陈锦秀1,刘林娅1(1.六盘水师范学院生物科学与技术学院,贵州六盘水553000;2.贵州师范大学贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室,贵州贵阳550000) 摘要:随着全球现代工业的快速发展和气候的变化,植物在生长发育的过程中遭受非生胁迫越来越频繁,导致其产量降低、品质受损,甚至植株死亡。
植物在应答非生物胁迫的过程中,会通过一系列的生理生化、分子细胞水平的变化来维持生命和持续生长。
当前,代谢组学常用于分析植物响应非生物胁迫时代谢产物的种类及其变化规律,而转录组学能够帮助挖掘代谢产物合成的关键基因和转录调控因子。
因此,本文就近年来利用代谢组和转录组分析植物应答高温胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、淹水胁迫、金属胁迫、盐胁迫、光胁迫等方面的研究进展进行了综述,展望了将来转录组和代谢组在植物抗逆研究中的应用,有助于加快解析植物响应非生物胁迫的机理,并为今后植物抗逆机制的研究提供参考。
关键词:植物;转录组学;代谢组学;非生物胁迫;研究进展 中图分类号:S184 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2023)22-0001-07收稿日期:2023-03-30基金项目:贵州省科学技术基金(编号:黔科合基础[2020]1Y115);六盘水市科技计划(编号:52020-2022-PT-03);2022年度六盘水师范学院科学研究计划(编号:LPSSYLPY202234);贵州省大学生创新训练项目(编号:S202210977055、S202210977126)。
作者简介:黄亚成(1987—),男,湖南武冈人,博士,副教授,主要从事植物生物化学与分子生物学研究。
水稻逆境相关转录因子研究进展罗成科;肖国举;李茜【摘要】干旱、盐碱、高温和低温等逆境因子胁迫水稻的生长发育,进而影响水稻的产量和品质。
因此,研究水稻的抗逆性,尤其是揭示其抗逆分子机理具有重要的生物学意义。
近年来,水稻抗逆分子机理的研究主要集中在转录因子及其分子调控机制方面。
在水稻中,目前研究较多的转录因子类型主要有 bZIP、MYB/MYC、WRKY、AP2/EREBP 和 NAC,它们的结构通常由 DNA 结合结构域、转录活化结构域、寡聚化位点和核定位信号组成。
转录因子在水稻逆境信号转导途径中起着中心调节作用,它们将逆境信号传递和放大,通过与目的基因启动子区中顺式作用元件特异结合,调控下游多个逆境相关基因的表达,从而引起水稻对逆境应答反应,最终实现水稻获得综合抗逆性的提升。
该文简要概述了植物转录因子的调控机制、结构特点、分类与功能特性,重点论述了转录因子在水稻抗逆中的作用,指出了转录因子应用过程中转基因水稻产生的负效应问题,并提出了解决负效应问题的研究思路,同时展望了今后转录因子的研究前景,以期为挖掘和应用新的水稻转录因子基因以及阐明其抗逆调控机制提供理论依据。
%Adverse environmental factors,such as drought,salinization,high temperature and low temperature, severely threaten rice growth and development,and then damage rice yield and quality.Therefore,the research on rice resistance,especially dissecting molecular mechanism of rice,has important biological significance.In recent years,the reports on molecular mechanism of rice resistance have been mainly focused on isolating and identifying transcriptional factor genes as well as their regulatory mechanisms.For example, several main types of transcriptional factors,such as bZIP,MYB/ MYC,WRKY,AP2/EREBPand NAC families,were relatively clearly studied in rice.Each of these transcriptional factors was usually composed of a DNA-binding domain,a transcription regulation domain,a oligomerization site and a nuclear localization domain.Transcriptional factors played a pivotal role in the adversity signal transduction pathways of rice,they acted as the integrators of environmental factors to transmit and amplify adversity signal,and then regulated many of stress-related genes expression by specifically inter-acting with cis-acting elements existed in the promoter sequences of target genes,which made rice response to adver-sity stresses,eventually confers enhanced comprehensive stress resistances in rice.In this review,the regulatory mechanisms,structural characteristics,classification and functional properties of transcriptional factors are summa-rized,their regulatory roles in the stress response and tolerance of rice were discussed,the negative effects of geneti-cally modified rice in the process of transcriptional factors application were mentioned,and research approaches of sol-ving the negative effects problem were suggested,as well as the future study of transcriptional factors werediscussed.Overall,the aim of this paper was to provide the basis for identifying and applying new transcriptional fac-tor genes from rice,and clarifying their molecular mechanism in rice stress resistances.【期刊名称】《广西植物》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】14页(P942-955)【关键词】水稻;逆境胁迫;抗逆性;转录因子;基因表达【作者】罗成科;肖国举;李茜【作者单位】宁夏大学新技术应用研究开发中心,银川 750021;宁夏大学新技术应用研究开发中心,银川 750021;宁夏大学新技术应用研究开发中心,银川750021【正文语种】中文【中图分类】Q945.78;Q786人类社会经济的快速发展、人口膨胀和生态环境不断恶化,造成了干旱、盐碱、极端温度和病虫害等自然灾害日趋加重,使得粮食作物的生长发育、产量和品质受到不同程度的影响。
Science转录+代谢力作!鬼臼毒素合成通路的代谢及转录分析【One week, One paper】Science:转录+代谢力作!鬼臼毒素合成通路的代谢及转录分析2017-03-16 小浪迈维代谢MetWare点击"蓝色"关注SELECTION 文献精选中文名:桃儿七中鬼臼毒素合成通路的代谢及转录分析英文名:Six enzymes from mayapple that complete the biosynthetic pathway to the etoposide aglycone期刊:Science,IF=34.661发表时间:2015桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum (Royle) Ying) 是小檗科桃儿七属多年生草本植物,植株高20-50厘米早在1992 年桃儿七就被《中国植物红皮书》收录."桃儿七"属于"太白七药"之一,具有神奇的抗癌作用,其根和根茎中含有大量的具有抗癌活性的木脂素类物质,其中鬼臼毒素(podophyllotoxin) 抗癌活性最高,是合成GP7,VP216(etoposide) 和VM 226 (teniposide) 等抗癌药物的起始物.由于根状茎与果实入药,而被任意采挖,天然繁殖能力较弱,随着植被的破坏而导致其生长环境的改变,植株日益稀少,分布区日渐缩减.目前许多临床药物是通过天然的植物代谢物合成的,但是只有一小部分植物代谢物的合成通路是已知的,这就成为这些天然代谢物的批量化生产的限制条件.鬼臼毒素是一种木酚素,是抗肿瘤药物依托泊苷的前体,本身并没有拓扑异构酶抑制剂功能,但经过一系列化学修饰后形成的依托泊甙具有拓扑异构酶抑制剂活性,能够发挥抗肿瘤作用,合成通路只有部分是已知的,目前只能依靠天然的植物产生的代谢物合成依托泊苷.因此,完整的鬼臼毒素的合成通路将有助于帮助依托泊苷的工厂化生产.研究材料:物理损伤的离体桃儿七的健壮叶片技术平台:LC-MS,RNA-seq,转基因方案设计:1)利用LC-MS检测方法,检测物理损伤后不同时间的桃儿七种鬼臼毒素的含量,发现叶片受伤后在12,24h后鬼臼毒素含量达到最大;2)根据LC-MS检测结果,对桃儿七叶片进行转录组测序,取样时间0,3,9,12h,每个样品三个重复,根据转录组信息及公共数据筛选与鬼臼毒素合成相关的基因;3)利用转基因的方法,将候选基因转到烟草叶片中,并利用LC-MS方法检测烟草叶片中代谢物含量的变化,找到鬼臼毒素合成通路的调控基因.研究结果:在鬼臼毒素的生物合成通路中,前期的基因是已知的.如图1所示,DIR,PLR,SDH,CYP719A23这4个鬼臼毒素合成相关的前期基因是已知的.后期基因及中间代谢物通路不清楚,但是合成通路中的已知亚太因(yatein)和去氧鬼臼毒素(deoxypodophyllotoxin)以及鬼臼毒素是已知的.作者利用公共数据库中的桃儿七鬼臼毒素相关转录组信息进行分析发现,DIR,PLR,SDH,CYP719A23这4个基因都是高表达的.选择公共数据库中与已知基因具有相似表达的候选基因,筛选到4个O-甲基转移酶(OMT1-4)基因,12个细胞色素P450(CYP)基因和2个氧代戊二酸/ Fe(II)-依赖性双加氧酶(2-ODD)基因. 下一步作者利用代谢组及转基因的方法进行基因的验证.用含有罗汉松树脂酚((-)-matairesinol)培养基培养烟草离体叶片,将上文中预测到的基因分别与CYP719A23转到烟草叶片中.利用LC-MS方法检测转入以上基因1d后叶片,发现只有转入OMT3基因的叶片中pluviatolide被大量消耗,说明OMT3控制合成pluviatolide的下一个产物,经解谱分析,产物为(-)-5’-desmethoxy-yatein.将剩余的候选基因分别与CYP719A23和OMT3转入到含有罗汉松树脂酚((-)-matairesinol)培养基培养烟草离体叶片,经LC-MS检测并未发现(-)-5’-desmethoxy-yatein的消耗.作者前期的实验发现,损伤桃儿七叶片后鬼臼毒素的含量急剧升高,利用LC-MS检测发现鬼臼毒素及其前体物质在12,24h含量达到最高.利用RT-PCR验证发现与鬼臼毒素合成相关的前期5个基因表达量在9h达到最高(图2).图2 物理损伤后已知鬼臼毒素合成基因RT-PCR结果根据已知的结果,作者对受伤的桃儿七叶片进行转录组测序,处理时间为受伤后0,3,9,12h,每个处理三个重复,共12个样品.对转录组数据进行分析,根据推测鬼臼毒素合成需要用到的酶有四种,分别为O-甲基转移酶(O-methyltransferase,OMT),细胞色素P450(cytochromes P450,CYP),2-氧化戊二酸/Fe(II)依赖的双加氧酶(2-oxoglutarate/Fe(II)-dependent dioxygenase,2-ODD),以及多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO),通过寻找与这四种酶家族同源的基因找到,336个,对这336个基因进行层次聚类分析得到91个表达模式相同的基因,对91个基因进行表达量分析,找到22个高表达基因,这22个基因中包含有7个具有已知酶功能的基因,其中一个基因为OMT3(图3).图3 22个高表达基因的聚类图标黑的为已知鬼臼毒素合成基因,红色为筛选的7条候选基因下一步作者的工作是对这6条候选基因进行验证如图4所示.6个候选基因分别与CYP719A23和OMT3转移到用含有(-)-matairesinol培养基培养4d后烟草叶片中去,1d后利用LC-MS方法检测鬼臼毒素合成相关代谢物含量.通过对含有6种候选基因叶片的LC-MS比较分析,发现在含有CYP71CU1基因的Phex524样品中观察到(-)-5’-desmethoxy-yatein(5’去甲氧基亚太因)含量的变化,并通过质谱鉴定发现了一个高含量的物质,为(-)-5’-desmethyl-yatein(5’去甲基亚太因).为了完成(-)-yatein(合成鬼臼毒素的中间产物)的合成通路,将剩余的5个基因与CYP719A23,OMT3,和CYP71CU1,分别转移到含有(-)-matairesinol培养基培养烟草叶片中去.对这些叶片进行LC-MS分析,结果发现含有OMT1基因的叶片未检测到(-)-5’-desmethoxy-yatein(5’去甲氧基亚太因),但是检测到了(-)-yatein(亚太因)的高表达,说明OMT1基因诱导(-)-5’-desmethyl-yatein(5’去甲基亚太因)产生(-)-yatein(亚太因).在yatein(亚太因)到deoxy-podophyllotoxin(脱氧鬼臼毒素)的合成路径中,涉及到了芳基四氢萘骨架中的中心六元环闭合和氧化修饰.在上一步的试验中,检测到了含有2-ODD的样品中的(-)-5’-desmethoxy-yatein(5’去甲氧基亚太因)大量消耗,对应产生了5’-desmethoxy-deoxy-podophyllotoxin(5’去甲基脱氧鬼臼毒素).我们假设反应机制涉及通过羟基化,随后脱水和碳-碳键形成活化7’碳,通过醌甲基化物中间体形成.因此假设2-ODD可以将yatein(亚太因)合成到(-)-deoxy-podophyllotoxin(脱氧鬼臼毒素).于是作者将2-ODD,CYP719A23,OMT3,CYP71CU1和OMT1一起转移到烟草叶片中,经过LC-MS检测发现叶片中yatein(亚太因)被大量消耗而(-)-deoxy-podophyllotoxin(脱氧鬼臼毒素)含量增加,因此可以确定2-ODD基因可以促进生成(–)-deoxy-podophyllotoxin.为了验证(-)-deoxy-podophyllotoxin(脱氧鬼臼毒素)到podophyllotoxin(鬼臼毒素)生物合成通路,将公共数据库里6个CYP候选基因分别于其他几个已经确定的基因转移到烟草叶片中,经过LC-MS分析发现,6种类型的叶片均未发现podophyllotoxin(鬼臼毒素)合成,但是意外的是作者发现转移CYP71BE54基因的叶片(-)-deoxy-podophyllotoxin(脱氧鬼臼毒素)被大量消耗,而检测到大量的(-)-4’-desmethyl-deoxy-podophyllotoxin(4’去甲基脱氧鬼臼毒素).在筛选其他的基因是发现CYP82D61能够使得(-)-4’-desmethyl-deoxy-podophyllotoxin(去甲基脱氧鬼臼毒素)大量消耗,得到(–)-desmethyl-epipodophyllotoxin(去甲基表鬼臼毒素).虽然没有产生podophyllotoxin(鬼臼毒素)但是产生了podophyllotoxin(鬼臼毒素)的差异构象体(表鬼臼毒素).而表鬼臼毒素与抗癌药物依托泊甙结构更相近,仅需一步化学修饰就可以合成依托泊甙.图4 转入相应基因后matairesinol培养基内烟草叶片中鬼臼毒素中间代谢物的含量为了验证整个结果的准确性,作者将10个基因一起转入到含有(+)-pimoresinol的培养基内培养,并利用LC-MS检测鬼臼毒素合成通路代谢物含量,结果中发现了(–)-4′-desmethylepipodophyllotoxin(4’去甲氧基表鬼臼毒素),而其他对照试验,只转入10个基因,或转入GFP+(+)-pimoresinol的均为检测到(–)-4′-desmethylepipodophyllotoxin(4’去甲氧基表鬼臼毒素)的生成如图5.图5 B 不同条件处理下的烟草叶片LC-MC提取离子流图(箭头代表(–)-4′-desmethylepipodophyllotoxin糖苷配基)C 不同处理条件下检测到的(–)-4′-desmethylepipodophyllotoxin含量最终,作者完成了鬼臼毒素完整的合成通路,并且实现了体外烟草中鬼臼毒素的合成. 创新:利用转录组与代谢组结合的方式,对基因组较大的中药植物进行机理研究,为无基因组的非模式植物提供了一个崭新的研究思路.完成了鬼臼毒素的完整的合成通路,本身就是一个很大的创新,并将鬼臼毒素的合成通路在烟草中表达出来,实现了鬼臼毒素脱离桃儿七的体外生产,为鬼臼毒素的工厂批量化生产提供了技术支持.文章延伸:1.代谢组是基因组与表型组的中间桥梁.代谢物的种类和数量在不同品种与组织中存在很大差异,利用这些差异进行遗传基础的解析将有助于我们深入了解代谢生物学过程.代谢组作为表型指导基因组及转录组的分析,分析结果更直观,明晰.2.对于中药等表型性状无法检测到的性状,利用转录组与代谢组结合的方法,指导差异基因的分析,寻找代谢通路.3.广泛靶向代谢组(Widely-targeted metabolome)——创新的高通量代谢组检测技术.生物体需要产生结构多样、功能特异的代谢物以抵御外界多变的环境,其中植物中代谢物多大100多万种.因此,一种高通量的代谢物检测技术成为研究代谢组的必备利器.迈维代谢创新了广靶技术,可以高通量、高灵敏、广覆盖检测不同材料中的代谢物.。
bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用目录一、内容描述 (2)1. bZIP转录因子的研究背景与意义 (3)2. bZIP转录因子在植物中的分布与分类 (4)二、bZIP转录因子的基本特性 (5)1. bZIP蛋白的结构与功能 (6)2. bZIP转录因子的稳定性与活性调节 (8)三、bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应中的作用 (9)1. bZIP转录因子对干旱胁迫的响应 (10)节水机制 (11)抗旱基因的表达调控 (12)2. bZIP转录因子对盐碱胁迫的响应 (14)盐碱适应机制 (15)盐碱抗性基因的表达调控 (16)3. bZIP转录因子对低温胁迫的响应 (17)低温适应机制 (18)低温抗性基因的表达调控 (19)4. bZIP转录因子对病虫害胁迫的响应 (20)病虫害防御机制 (21)抗病虫害基因的表达调控 (22)四、bZIP转录因子在植物生长发育中的作用 (23)1. bZIP转录因子对植物生长发育的调控 (24)生长激素的合成与信号传导 (25)光合作用与呼吸作用的调节 (27)2. bZIP转录因子对植物抗逆性的影响 (28)抗逆基因的表达与调控 (30)抗逆性的遗传与表观遗传 (31)五、bZIP转录因子的应用与展望 (33)1. bZIP转录因子在育种中的应用 (34)育种材料的创制 (35)育种性状的改良 (37)2. bZIP转录因子在基因工程中的应用 (39)抗逆基因的克隆与表达 (40)基因编辑技术的应用 (41)3. bZIP转录因子研究的未来趋势与挑战 (42)六、结论 (43)1. bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的重要作用.442. 对未来bZIP转录因子研究的展望 (46)一、内容描述本研究旨在探讨bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用。
bZIP是一种重要的RNA结合蛋白,参与了多种生物学过程,包括基因转录调控、蛋白质稳定性维持等。
植物逆境胁迫下细胞代谢通路的变化及其作用机制研究植物是生物界中最重要的群体之一,它们能够通过光合作用等方式制造有机物,并通过呼吸作用消耗氧气,同时为人类和动物等生物提供生存所必需的氧气和食物。
然而,在自然环境中,植物经常遭受各种逆境胁迫,如病原菌、干旱、盐碱、低温、高温等,这些逆境胁迫会影响植物的正常生长,甚至导致死亡。
为了在逆境胁迫下保持生长和存活,植物会启动逆境响应机制,并改变代谢通路、合成蛋白质等生理过程。
本文将介绍植物逆境胁迫下细胞代谢通路的变化及其作用机制研究。
1. 病原菌逆境胁迫下代谢通路的变化及其作用机制研究病原菌是植物生长过程中经常遇到的逆境胁迫因素,它们会通过感染植物细胞,引起植物免疫系统的响应。
植物免疫响应主要分为 PAMPs(pathogen-associated molecular patterns)和ETI(effector-triggered immunity)两类。
PAMPs识别是一种广泛存在于病原体中的抗原结构,包括病菌的表面分子等,植物通过PAMPs可以识别病原体并启动免疫响应。
ETI通过识别病原体的特异抗原决定簇(effector)而发挥抗病作用。
病原菌逆境胁迫下细胞代谢通路的变化与植物免疫响应紧密相关。
研究发现,病原菌感染植物细胞后会引起代谢物化学变化,并释放大量的氧离子(O2^-)、ROS(reactive oxygen species)等信号分子,激活植物细胞自身的防御机制。
同时,植物还通过改变碳、氮、磷等元素的利用方式,来调节植物细胞代谢过程。
例如,研究发现,感染致病菌的时候,植物细胞会增加原花青素、黄酮类等代谢物的合成,并且使碳源优先向这些代谢物的生产通路流动。
这一过程是通过启动糖原营养调节途径,调节碳源分配的方式实现的。
植物免疫响应与代谢过程的变化密不可分,而代谢过程变化的机制比较复杂,最近的研究发现,涉及到多种信号通路、蛋白质修饰、调节基因表达等多个方面的变化,具体内容可参考后续章节。
植物MYB44转录因子的功能及其在橡胶树抗逆研究中的应用前景王立丰;陆燕茜;王纪坤;覃碧;张冬【摘要】MYB44是植物典型的R2R3-MYB转录因子,在不同物种间基因结构保守,可转录调控植物对干旱和盐等胁迫的抵抗能力.笔者总结了MYB44的结构特征,着重阐述MYB44转录因子在逆境响应中的调控机制与应用现状,并对HbMYB44在橡胶树抗逆研究中的应用进行了展望.%MYB44 was a typical plant R2R3-MYB transcription factor, and its gene structure was conserved in different plant species. MYB44 could regulate plant resistance to drought and salt stress. The structural characteristics of MYB44 were summarized, with an emphasis on the regulation mechanism and application status of MYB44 transcription factor in stress response, and a prospect for application of HbMYB44 in the study of stress resistance of Hevea brasiliensis was put forward.【期刊名称】《热带农业科学》【年(卷),期】2017(037)005【总页数】7页(P30-36)【关键词】MYB44;转录调控;逆境;橡胶树【作者】王立丰;陆燕茜;王纪坤;覃碧;张冬【作者单位】中国热带农业科学院橡胶研究所/农业部儋州热带作物科学观测试验站海南儋州 571737;海南省热带生物资源可持续利用重点实验室/海南大学热带农林学院海南海口 570228;中国热带农业科学院橡胶研究所/农业部儋州热带作物科学观测试验站海南儋州 571737;中国热带农业科学院橡胶研究所/农业部儋州热带作物科学观测试验站海南儋州 571737;海南省热带生物资源可持续利用重点实验室/海南大学热带农林学院海南海口 570228【正文语种】中文【中图分类】S794.1;Q291植物R2R3-MYB转录因子通过结合靶标基因启动子MBSI(T/C)AAC(T/G)G和MBSIIG(G/T)T(A/T)G (G/T)T元件来调控植物次生代谢和逆境响应等重要生理生化过程,且其调控过程还受多种激素和环境因子诱导。
植物在生长发育过程中常常会遭受到各种不利外界环境因子的胁迫,其固着性决定植物往往需要通过调整体内代谢过程合成各种不同的代谢物加以应对。
通常情况下,非生物胁迫包括如强光、紫外线、高温或低温、冷冻、干旱、盐度、重金属和缺氧等多种复杂的环境条件引起的胁迫,生物胁迫包括如细菌,真菌,病毒,昆虫等侵染植物造成的胁迫。
对于植物而言,逆境胁迫会引起很多细胞内物质包括核酸、蛋白质、碳水化合物、氨基酸,以及次生代谢物的积累,表明植物对非生物胁迫的应答机制不是一个线性机制,而是一个涉及多基因、多信号途径、多基因产物和生物化学分子的的复杂的反应机制。
代谢组的结果将辅助理解分子机制,提示基因功能,并将基因与表型结合起来。
通过“广靶代谢组+转录组”的研究方法,对时序表达的差异基因与差异积累代谢物进行“基因-基因、基因-代谢物、代谢物-代谢物”的“共表达”分析,锁定代谢途径、找出关键调控因子及结构基因,解析植物响应胁迫的机理。
下面我们分享几篇逆境方向的转录+代谢文章。
文章一:磷胁迫
利用转录组和代谢组揭示燕麦根部在缺磷环境下的离子响应机理
2018,Journal of Experimental Botany,IF=5.354
研究背景
1.根和根释放的有机阴离子在植物吸收营养元素P的过程中扮演重要的角色。
2.燕麦,世界排名第六的谷类作物,富含各种营养化合物,能够在贫瘠的土地上种植。
3.作者的目标是研究燕麦在P缺少和P充足时根的转录和代谢响应。
文献思路
文章二:高温胁迫
长期高温暴露对玉米籽粒灌浆期胚乳发育的影响
2019,The Plant Journal,IF=5.75
研究背景:
1.灌浆期间,谷类作物经常暴露于高温之下,这一时间高温对谷物成熟籽粒大小和重量不利,因此是产量的决定因素。
2.籽粒生长率和籽粒充填时间的热效应生理基础尚不清楚。
3.蔗糖合酶(SUS)、ADPglucose焦磷酸酶(AGPase)和淀粉合酶(SS)都被认为是潜在的灌浆期限速步骤,但是目前缺乏高温条件下特定生物合成酶降低的谷粒填充率的解释。
文献思路
文章三:冷胁迫
2018,the plant journal,IF=5.75
转录组和代谢组学分析显示,与腐胺途径相关的精氨酸脱羧酶基因ADC1在马铃薯的冷驯化抗冻性中起重要作用
研究背景:
1.冷胁迫是限制马铃薯产量和地理分布的主要因素,寻找抗冻性的基因将是解决这一问题的优先选择。
2.在植物特别是拟南芥中,耐寒性和冷适应的机理已经得到了广泛的研究,CBF 转录因子在耐寒和冷适应中发挥着重要的作用。
3.在马铃薯中,对低温胁迫的反应途径缺乏系统的研究,目前只发现了少数受低温胁迫调控的基因。
文献思路
文章四:昆虫胁迫
2019,Plant Biotechnology Journal,IF=6.84
亚洲螟取食增加了玉米心叶中期直接防御和间接防御研究背景:
1.植物进化出许多防御系统以对抗昆虫攻击。
直接防御,产生拒食剂或有毒化合物的。
间接防御,产生植物挥发物(HIPVs),其吸引害虫的天敌。
2.玉米在全球范围内广泛种植,生长过程中遭受各种昆虫的攻击,而玉米螟是玉米中破坏性较大的害虫之一。
3.商业玉米中,化学防御机制目前不清楚。
文献思路
文章五:病原菌胁迫
2019,the plant journal,IF=5.75
褪黑素通过调控木质素和棉酚生物合成来增强棉花对黄萎病的免疫力
研究背景:
褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺)几乎存在于所有动植物体中,,褪黑素在免疫调节中具有重要作用,但潜在的机制尚不清楚。
棉酚是一种专门在棉属植物中生物合成的植物抗毒素。
在棉花中,棉酚的存在可以促进病原体防御。
黄萎病是棉花产业的一个关键问题,需要新的研究突破才能制定有效的疾病控制措施。
文献思路
参考文献:
1.Wang Yanliang,Lysøe Erik,Armarego-Marriott Tegan et al.Transcriptome and metabolome analyses provide insights into root and root-released organic anion responses to phosphorus deficiency in oat.[J].J.Exp.Bot.,2018,69:3759-3771.
2.Boehlein Susan K,Liu Peng,Webster Ashley et al.Effects of long-term exposure to elevated temperature on Zea mays endosperm development during grain fill.[J].Plant J.,2019,99:23-40.
3.Kou Shuang,Chen Lin,Tu Wei et al.The arginine decarboxylase gene ADC1, associated to the putrescine pathway,plays an important role in potato cold-acclimated freezing tolerance as revealed by transcriptome and metabolome analyses.[J].Plant J., 2018,96:1283-1298.
4.Guo Jingfei,Qi Jinfeng,He Kanglai et al.The Asian corn borer Ostrinia furnacalis feeding increases the direct and indirect defence of mid-whorl stage commercial maize in the field.[J].Plant Biotechnol.J.,2019,17:88-102.
5.Li Cheng,He Qiuling,Zhang Fan et al.Melatonin enhances cotton immunity to Verticillium wilt via manipulating lignin and gossypol biosynthesis.[J].Plant J.,2019,100: 784-800.
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