转录组学+代谢组学

transcriptomics & metabonomics

转录代谢整合分析 

       转录组是在特定时间所需生物信息，编码蛋白质的基因衍生而来的 RNA 分子的集合。狭义讲是所有 mRNA 的集合， 它是在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控的规律。简而言之，转录组就是从 RNA 水平研究基因表达的情况， 是研究细胞表型和功能的一个重要手段。而代谢组中的代谢物是通过翻译这些组成转录组的 mRNA 分子而合成后表达产生的。

      代谢组(metabolome)是指某个时间点上一细胞所有代谢物的集合，尤其指在不同代谢过程中充当底物和产的小分子物质，如脂质， 糖， 氨基酸等， 可以揭示取样时该细胞的生理状态，人类有上万亿个不同类型的细胞， 它们具有潜在不同的组织细胞代谢组。基因和蛋白质是为细胞发生活动做准备， 而活动中大部分实际上是发生在代谢物上，像信号转导、能量转移、细胞间通信都受代谢物调控。代谢物行为更为密切地反映出细胞所处的环境， 该环境依赖于细胞所摄取的营养状况，所接触的药物和污染物以及其他影响细胞健康的外在因子情况。

实验流程

分析内容

实例分析

对耐旱和不耐旱水稻的转录组学和代谢组学分析披露维持光合作用的关键代谢途径

基本信息

材料：水稻                                  主要技术：GC-MS及基因测序

期刊：Front Plant Sci                   影响因子：4.495

文章摘要

与野生种类相比，耐旱作物在干旱条件中需要全功能代谢过程的参与，尤其是光合作用过程。然而，耐旱、干旱期间光合调节以及相关转录和代谢基础之间的联系仍然未知。本研究中，我们选用两种耐旱水稻品种(IRAT109和IAC1246)研究处于长期干旱条件下转录与代谢的应答效果。耐旱品种具有高渗透调节及抗氧化能力，以及在浅层土壤干旱下具有较高相对光合速率。在干旱和有水条件下，对耐旱品种IRAT109和IAC1246检测，转录组实验分别鉴定出4059个和2677个差异表达基因(DEGs)，代谢组实验分别鉴定出67个和49个差异代谢物。与 IRAT109相比，干旱状态下IAC1246差异表达基因调节幅度得到明显增强。我们发现两个品种的差异表达基因与渗透压和抗氧化能力之间存在显著相关性。在干旱早期，检测到IAC1246品种的上调基因与光合作用相关，具有较高的相对光合速率。6个差异代谢物与渗透势和抗氧化能力相关。此外，两品种间差异代谢物表达有区别，IAC1246品种在干旱早期，与光合作用相关的差异表达基因表达情况与羟基肉桂酸和阿魏酸上调的趋势是一致的，因此，羟基肉桂酸和阿魏酸为水稻抗旱关键代谢物。参与这些代谢途径的差异表达基因有望成为抗旱的候选基因。总之，在干旱条件下保持良好的光合作用有助于提高水稻的抗旱能力。代谢产物在保护光合作用和渗透调节和或抗氧化机制中起着至关重要的作用。因此，以代谢产物为研究基础的方法是探索干旱候选基因的一种有效方法。研究干旱胁迫下稻米中代谢及转录间的联系，有助于进一步找到更有用的代谢产物、通路和基因。

方法流程

小鹿点评

通过对不同抗旱水稻品种的代谢组与转录组分析，我们发现羟基肉桂酸和阿魏酸在渗透压与抗氧化能力均起到一定作用，并且通过转录组鉴定到了相关差异表达基因。通过对相对光合速率分析，我们还发现了相关光合作用调节基因在抗旱过程中的保护效应。因此，本文的研究为抗旱基因筛选提供了一个有效的方法。

文献来源

Ma x. et al., Transcriptomic and metabolomic studies disclose key metabolism pathways contributing to well-maintained photosynthesis under the drought and the consequent drought-tolerance in rice. 2016, Front Plant Sci.

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