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熟悉的植物激素,不一样的分析策略!

2020-07-27
中科新生命
2304

脱落酸(ABA)是一种广为人知的植物激素,它可以调控种子发育和发芽等诸多生物学过程。为了系统揭示ABA缺失对成熟期种子发育的影响,法国巴黎-萨克雷大学的Annie Marion-Poll研究团队在《Plant Physiology》(IF=6.902)上发表的题为“Multi-omics Analysis Reveals Sequential Roles for ABA during Seed Maturation”的研究文章,通过转录组、蛋白组和非靶代谢组联合分析解析两种ABA缺失突变体(nced2569, cyp707a1a2)对拟南芥种子发育的影响机制。

//研究材料:

拟南芥突变体-nced2569, cyp707a1a2和wild-type的种子

//技术方法:

转录组学,蛋白组学,非靶向代谢组学

//实验路线图:

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// 研究结果:

1. 突变体表型及ABA含量检测

比较拟南芥突变体nced2569, wild-type授粉后不同时间点种子中ABA相关代谢物的表达量,发现nced2569突变体中整个发育期ABA以及DPA(ABA的分解产物)含量严重减少,几乎和前人aba2-2 ABA缺失突变体一样。cyp707a1a2突变体中ABA 8-羟化酶活性的丧失导致ABA含量和7-羟基脱落酸增高。此外,研究者发现nced2569和aba2突变体中休眠水平降低。

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2. ABA缺失对种子成熟的影响机制---转录组

ABA对种子休眠诱导有重要作用,通过转录组学研究ABA缺失对种子发育的整体影响, GO富集表明nced2569授粉后10天种子中下调基因主要与脂质和蛋白储存功能有关;授粉后14天下调基因还涉及角质,软木脂和蜡质的合成通路,除此之外糖转运相关基因表达也被显著抑制。上调基因主要参与光合作用和细胞分裂过程以及ABA下游信号转到通路。并通过RT-PCR验证关键基因的表达。

3. ABA缺失对种子成熟的影响机制---蛋白组

为了能更好的ABA调控的生物学过程,利用蛋白组和代谢组学来整体研究突变体中生物功能的变化。nced2569突变体中上调的蛋白主要参与碳固定和糖酵解、糖异生等糖代谢相关过程,有机酸和脂肪酸代谢过程。而在cyp707a1a2中上调蛋白参与种子发育,营养物质储存和胁迫响应过程。

4. ABA缺失对种子成熟的影响机制---非靶代谢

对野生型和nced2569, cyp707a1a2突变体种子代谢组比较分析,发现支链氨基酸(Val、Leu、Ile)、莽草酸相关氨基酸(Trp、Phe、Tyr)在nced2569和野生型中明显增高。有机酸,TCA循环代谢物也出现显著增高。cyp707a1a2突变体中甲硫氨酸的硫代葡萄糖苷通路上调,暗示ABA调控硫代葡萄糖苷通路相关物质的降解。

5. 三组学联合分析揭示种子发育过程中ABA关键调控通路

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// 小编小结:

(1)前期已经有许多研究ABA的植物生理调控机制,本文利用转录+蛋白+代谢三组学联合研究模式,系统揭示了拟南芥ABA相关通路突变株在种子发育过程中的调控机制,为熟悉的植物激素提供了一种不一样的研究分析策略。

(2)转录-蛋白-代谢三组学联合的意义——转录组和蛋白质组虽然都是用于表征基因的表达水平,但是,由于各种转录后调控机制(如miRNA,蛋白质泛素化系统等)的存在,蛋白质的表达水平更能真实反应最终的生物表型变化。转录组的优势则在于测序时由于经过PCR扩增,因此对低丰度表达基因检测灵敏度更高。此外,代谢组与基因表达信息的关联可以找出代谢物背后与它紧密相关的基因或蛋白质,实现差异表型与关键基因/蛋白的信息关联,为进一步收敛聚焦关键分子机制提供更可靠的信息。

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