如何开启一篇高分植物“转录因子修饰-靶基因-代谢”研究？

1. 转录组：

   刻画不同实验条件下基因的差异表达，并筛选差异表达基因中哪些是转录因子，以及与蛋白质组关联分析，获得其潜在调控的靶基因在转录层面的差异表达；

2. 蛋白质组：

   刻画不同条件下蛋白层面的差异表达，同时为修饰蛋白质组排除差异假阳性干扰（即修饰蛋白质组的去本底分析）；刻画功能基因的差异代谢产物对微生物的差异性招募；

3. 修饰蛋白和位点鉴定：

   ①定量修饰蛋白质组：结合转录组结果，聚焦于广泛筛选哪些转录因子发生了修饰。可通过“磷酸化蛋白质组、泛素化蛋白质组、乙酰化蛋白质组、巴豆酰化蛋白质组”等，分别获得哪些转录因子发生了差异性修饰，及其对应的修饰位点。（以上各类修饰可结合研究目标对应选择）；

   ②蛋白质修饰鉴定：聚焦于目标转录因子的特定类型修饰下，哪些氨基酸位点发生了修饰。适合于研究者想知道某个蛋白质、蛋白复合体或蛋白互作微环境中是否有某个具体的修饰或者存在着哪些修饰类型。

4. 植物高通量靶向代谢组：

   聚焦于植物常见和特异性分泌的初生和次生代谢物，采用标准品一对一靶向检测方法检索植物相关代谢产物，无非靶代谢的假阳性和动物特异性代谢物干扰。检测结果无需验证，获得每种物质的准确含量（绝对含量）。

图1 “转录因子修饰—靶基因表达-代谢产物响应”组学关联方案

文章题目：A reactive oxygen species burst causes haploid induction in maize

发表时间：2022年6月

研究内容：单倍体诱导（HI）是作物育种中的重要技术手段，磷脂酶A1（ZmPLA1）是玉米中控制HI的关键基因，然而其分子机制仍不明确。该文对zmpla1突变体花药进行多组学分析：蛋白质组和定量修饰蛋白质组表明，ZmPLA1缺失会导致260种、1183种、101种、92种蛋白质在丰度、磷酸化、巴豆酰化和半胱氨酸氧化中存在显著差异表达。转录组-蛋白质组-定量修饰蛋白质组表明，大量差异转录基因和差异磷酸化蛋白在HI期间受到调节，功能富集分析发现“ROS&压力”被显著富集。蛋白质组-代谢组关联分析表明，ZmPLA1缺失会导致能量代谢相关途径在两组学中均被显著富集。脂质组表明，ZmPLA1缺失导致花药中磷脂酰胆碱积累。最后整体性提出潜在机制：精细胞的ZmPLA1失活，导致周边卵磷脂（PC）积累，使线粒体发生紊乱导致ROS增加，破坏精细胞的染色体导致其碎片化。过氧化物酶POD是细胞防御ROS的主要工具，作者将三核花粉期特异表达的过氧化物酶基因ZmPOD65进行CRISPR敲除，后代发现高至7.7%的单倍体幼苗，证明ZmPOD65是全新的单倍体诱导基因。

文章题目：The TaWAK2-TaNAL1-TaDsT pathway regulates leafwidth via cytokinin signaling in wheat

发表时间：2024年8月

研究内容：叶片是植物光合作用的主要场所，其形态和大小直接影响群体的受光条件和光合作用效率。作者以小麦为材料，通过EMS诱变获得一个小麦窄叶突变体nl1，并结合图位克隆鉴定出调控叶片宽度的重要激酶—TaWAK2-A，随后通过多组学结合实验系统解析TaWAK2-TaNAL-TaDST介导的细胞分裂素信号如何调控小麦叶片发育的分子机制。表现为：在正常发育的叶片中，自磷酸化的TaWAK2-A通过其羧基末端KD与胰蛋白酶样丝氨酸/半胱氨酸蛋白酶（TaNAL）相互作用，使TaNAL1的C端Ser⁵⁶²和Ser⁵⁶⁸位点发生磷酸化，从而加速对锌指转录因子TaDST的降解。TaDST的降解抑制了细胞分裂素氧化酶基因（TaCKX9）的表达，使细胞内细胞分裂素（CK）正常积累，保证叶片的正常发育。然而，在窄叶突变体中，由于TaWAK2-A第525位的丙氨酸被缬氨酸替代，从而使该蛋白的稳定性降低，从而抑制了TaNAL1的活性，造成了TaDST蛋白的积累，导致TaCKX9上调表达和CK水平下调，使小麦表现出窄叶表型。

文章题目：Phosphorylation of the strawberry MADS-box CMB1 regulatesripening via the catabolism of abscisic acid

发表时间：2025年5月

研究内容：目前，肉质果实成熟研究多集中在基因的转录水平，而该过程中涉及到的蛋白质磷酸化等翻译后修饰过程相关研究仍存在不足。作者以草莓为研究材料，基于先前发现的FaCMB1转录因子可负调控草莓成熟过程，该研究结合转录组+磷酸化位点鉴定+靶向检测ABA，花青素含量，进一步挖掘FaCMB1的调节机制。具体表现为：草莓成熟过程中，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶FaSTPK可诱导FaCMB1的Thr65、Ser74、Ser133、Ser140、Thr141位点发生磷酸化，从而影响FaCMB1与下游的脱落酸（ABA）应激成熟诱导基因（FaASR）的结合，减弱FaCMB1对FaASR的抑制过程，导致FaASR基因上调表达。FaASR的上调表达会抑制ABA分解基因（FaCYP707A4）的转录活性，使得ABA得到积累，进而促进草莓成熟。同时此过程中，FaCMB1与FabHLH3竞争结合FaMYB10来影响花青素途径，被动抑制花青素生物合成。而FaASR的磷酸化缺陷会逆转该过程，激活对FaASR转录抑制，促进FaCYP707A4转录，降低ABA含量，抑制草莓果实成熟。系统阐明了果实成熟过程中FaCMB1–FaASR-FaCYP707A4–ABA的级联调控。

文章题目：MdSINA2-MdNAC104 Module Regulates Apple Alkaline Resistance by Affecting γ-Aminobutyric Acid Synthesis and Transport

发表时间：2024年8月

研究内容：土壤碱化是限制植物生长和产量的不利因素，我国干旱半干旱地区是优质苹果的主要产区，而该地区果园土壤碱化已严重影响苹果产量与品质。本研究揭示MdSINA2通过泛素化途径降解MdNAC104蛋白，促进γ-氨基丁酸（GABA）的合成和转运调控以增加苹果耐碱性。整体研究为：先利用转录组鉴定到一种转录因子MdNAC104可有效降低GABA水平降低苹果的耐碱性，结合生物实验（Y1H、EMSA、RNAi、荧光素酶等）发现MdNAC104通过与GABA生物合成基因MdGAD1/3和GABA转运蛋白MdALMT13的启动子结合来抑制其生物功能，使GABA含量下降，降低苹果根部耐碱性。泛素化鉴定发现E3泛素链接酶MdSINA2可通过26S蛋白酶体途径泛素化和降解MdNAC104，解除MdNAC104对GABA合成基因和转运蛋白的抑制性，促进苹果根系的GABA积累，进而增加苹果根的耐碱性。

【中科新生命】自主研发的【P550植物高通量靶向次生代谢组】可一次对7大类（萜类、黄酮类、植物激素类、生物碱类、苯丙素类、酚类、花青素类）与农艺性状密切相关的次生代谢产物进行绝对定量。每个物质均一对一标品开发，采用代谢组MRM金标准数据采集和标准曲线定量模式，真正突破植物代谢物高通量检测瓶颈，获得次生代谢物的精准定性定量结果。

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