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    发布时间: 2018 - 12 - 13
    发表期刊:Postharvest Biology and Technology影响因子:IF=3.112(SCI二区)研究背景草莓(Fragaria×ananassa Duch.)由于其独特的风味和多汁的质地,是一种在世界范围内广受欢迎的园艺作物。它是维生素C和抗氧化剂的良好来源,但由于软化快、机械损坏、真菌腐烂和采后代谢迅速,很容易腐烂。在6℃贮藏1d后,草莓果实中的蔗糖水平由于快速的采后代谢而达到无法检测的水平。虽然草莓品种的贮藏期不同,但平均贮藏期通常只有3-5d。先前研究报道了CO2诱导的生理和机械变化,收获后,草莓果实中含有较高水平的二氧化碳(CO2)以提高可储存性。暴露于20%CO2中12或48h的草莓果实比在环境空气中贮藏3d的水果更结实。高浓度的二氧化碳会影响细胞壁钙的结合,提高果实的硬度。为了深入了解高浓度CO2在分子和生化水平上的影响,多学科方法是必要的。整合基因组学、蛋白质组学和代谢组学将有助于更好地理解植物对外界刺激的全面定性和定量反应。尽管对草莓果实采后对高CO2的响应进行了研究,但对细胞反应的全面了解仍不甚清楚。本研究联合转录组学和代谢组学方法来研究分子和细胞反应,将收获的草莓果实短期暴露于30%CO2,以全面了解改善的果实耐贮性。材料与方法01植物材料与CO2处理草莓于80%红色收获,收获后,果实立即运往实验室。选择大小和颜色一致的果实作为试验材料。分组:0D:环境空气0h(收获后立即)1D:3h环境空气处理后1d1DT:3h 30%CO2处理后1d 02硬度测定随机抽取3个重复容器中的10个草莓果实进行硬度测定(n=30),经硬度测定后丢弃。采用CT-3纹理分析仪进行硬度测量。用直径为100mm、速度为2mm、应变为5mm、直径为100 mm的平板探针,在果实赤道面测量果实硬度(N)。草莓果实表面微生物...
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    发布时间: 2018 - 12 - 13
    集思慧远客户发表——《王枣子根、茎和叶的比较转录组分析揭示了王枣子素生物合成的候选基因》英文标题:Comparative transcriptome analysis of roots, stems and leaves Isodon amethystoides reveals candidate genes involved in Wangzaozins biosynthesis杂志:BMC PLANT BIOLOGY影响因子:IF=3.930摘要    王枣子是一种重要的中药植物,具有治疗多种疾病的药理作用,包括肺结核。四环二萜类化合物王枣子素(王枣子甲素Wang zaozin A,王枣子乙素GlucocalyxB)是王枣子的主要生物活性化合物。然而,关于这些化合物生物合成的分子信息仍然不清楚。通过对王枣子中王枣子素积累水平的研究,发现该植物的根、茎和叶组织有很大的变化,表明不同组织间代谢产物生物合成和积累的可能存在差异。为了更好地阐明四环二萜生物合成途径,我们对根、茎和叶组织进行转录组测序,并进行了de novo序列组装和分析。分析了与二萜类生物合成有关的候选基因,如CPS、KSL等。用qRT-PCR方法对8种涉及四环二萜类生物合成的转录本在王枣子不同组织中的表达谱进行了验证,解构该通路的基因表达谱。ISPD、ISPF和ISPH(MEP途径)以及IaCPS和IaKSL(二萜类途径)候选基因在叶片和根中的差异表达,可能是造成王枣子叶片中王枣子素积累较高的原因之一。本文报道的基因组数据和分析为进一步研究这一重要药用植物奠定了基础。材料与方法植物材料:一年生健康王枣子个体的根、茎、叶(3个重复)王枣子素的提取与鉴定(靶标代谢):种类:王枣子甲素、王枣子乙素和王枣子丙素        &...
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    发布时间: 2018 - 12 - 10
    英文标题:Selection and Validation of Novel RT-qPCR Reference Genes under Hormonal Stimuli and in Diferent Tissues of Santalum album杂志:Scientific  Reports影响因子:IF=4.122摘要   逆转录实时定量聚合酶链式反应 (RT-qPCR)因其高通量、特异性和敏感性而被广泛应用于基因表达水平的研究。为了获得准确可靠的结果,RT-qPCR分析必须有一个合适的参考基因。到目前为止,经济热带树种檀香((Santalum album L.)还没有被验证的可靠参考基因。在本研究中,有13个候选参考基因(包括从大量的檀香转录组数据中筛选出的12个新的可能的参考基因,以及目前使用的β-actin基因)在不同的组织(茎、叶、根和愈伤组织)、以及水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯 (MeJA)、赤霉素(GA)处理作用下的愈伤组织中,用GeNorm,NormFinder,BestKeeper,Delta CT和 RefFinder算法综合验证。几种新的候选参考基因比目前使用的传统基因ACT要稳定得多。SA处理中ODD和Fbp1、MeJA处理中的CSA 和Fbp3、JA处理中的PP2C和Fbp2、以及3个激素处理中FBP 1和FBP 2,分别是最准确的参考基因。当FAB1A与PP2C结合后,被鉴定为四种组织最适宜的参考基因组合。而HLMt, PPR和FAB1A的组合则是所有实验样本中最理想的参考基因。此外,为了验证我们的结果,我们还通过参考基因及他们的组合在MeJA处理下的三种檀香组织中评估了SaSSy基因的相对表达水平。本研究中所鉴定的参考基因将提高RT-qPCR分析的准确性,并将有...
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    发布时间: 2018 - 12 - 03
    发表期刊:Microbiome影响因子:9.133(SCI一区)研究背景最近几年,对肠道微生物群(GM)的研究已经不仅仅是描述分类组成,通常是将16S rRNA基因测序应用于粪便样本,更广泛地研究GM的功能潜力,这是通过鸟枪法宏基因组学(MG)方法实现的。群体MG研究表明,尽管存在较大的个体间结构/组成变异,GMs仍有一组稳定的核心功能。然而,由于测序的基因不一定表达,MG不能提供可靠的信息,说明哪些微生物的功能特征实际上在响应宿主代谢、免疫、神经生物学、饮食或其他环境因素的刺激而发生变化。相反,这类信息可以由功能宏组学收集,如宏转录组学(MT)和宏蛋白质组学(MP),它们对微扰具有较高的敏感性,因此可能更好地反映宿主微生物相互作用。在这方面,特别令人感兴趣的是调查人类群体中潜在的和实际活跃的GM特征之间的关系,为了从已知的MG的潜能开始鉴定在健康肠中组成型表达的微生物功能。最近的一项研究已经针对MT实现了这一目标,在具有最高表达率(mRNA/DNA比率)和参与淀粉代谢,氨基酸生物合成,孢子形成和以及具有最低表达率的肽聚糖生物合成的基因中发现了核糖体蛋白和柠檬酸循环酶的转录物。人们对微生物蛋白的了解较少,尽管它们提供了有关GM代谢的主要信息,并且代表了宿主-GM相互作用中的关键分子。尽管有一些开创性的研究提出了对疾病有关的人类群体中的宏基因组和宏蛋白组的分析,到目前为止,还没有系统地、比较地调查健康人群的分类学和功能特征,这种特征可能和实际由GM表达。材料与方法01实验设计图1本研究的实验设计注:从临床监测的撒丁岛人群中选出15名健康成人(男性7名,女性8名)。从每个人身上采集粪便样本,同时进行Illumina鸟枪法DNA测序(宏基因组)和LTQ-Orbitrap鸟枪法质谱分析(宏蛋白组)。宏基因组学也被用作序列数据库,以便进行严格的宏蛋白质组/宏基因组比较,并进行分类和功...
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    发布时间: 2018 - 11 - 26
    摘要全转录组范围内鉴定能与蛋白结合的RNA(RBPs),是了解转录后基因调控网络的必要条件。然而RBPs蛋白组的研究主要局限于多聚腺苷酸的RNA与蛋白的结合,对于没有ploy-A尾的RNA(主要的是非编码RNA和RNA前体)几乎都没发现。本文介绍了一种点击化学(主旨是通过小单元的拼接,来快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。它尤其强调开辟以碳-杂原子键(C-X-C)合成为基础的组合化学新方法,并借助这些反应(点击反应)来简单高效地获得分子多样性。)辅助的RNA互作捕获策略(CARIC),能够对RBPs进行无差别鉴定,不受RNA是否具有ploy-A尾的约束。CARIC主要是利用炔基尿苷类似物对RNA进行标记,并在活体内进行RNA-protein光照交联,然后与叠氮化物生物素进行点击化学反应,亲和富集后进行蛋白组分析。利用CARIC在人的宫颈癌细胞中鉴定到597个RBPs,包括130个之前未知的RBPs。这些新发现的RBPs可能是和非编码RNA结合的,因此发现了一些之前未知的非编码RNA参与的过程(例如蛋白酶体功能和中间代谢)。材料方法实验材料:人的宫颈癌细胞,胚肾细胞;质粒构建和细胞转染:克隆宫颈癌细胞cDNA(hnRNPC,MBNL1,VDAC1,NME2),克隆质粒:VigoFect;几种已知RPBs用来验证CARIC技术成功率CARIC分离出的RNA测序:Illumina HisEq 4000 PE150;蛋白质谱检测:LC-MS/MS,Easy nLC 1000 system +Velos Pro Orbitrap Elite mass spectrometer;质谱数据分析:MaxQuant version 1.5.5.1(原始数据分析),依靠人的蛋白数据(UniProt)Andromeda search engine进行蛋白查询;CARIC RBPs验证:CLIP...
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    发布时间: 2018 - 11 - 09
    前沿慢性阻塞性肺病(COPD)是一种炎性疾病,其特征在于进行性空气流量限制,并且被认为部分地由于响应于慢性空气污染物暴露(主要来自吸烟)而引起的夸大的肺部炎症。目前可用的治疗方法在很大程度上是无效的。因此,有效治疗COPD迫切需要新型的治疗药物。前期系统药理学鉴定了补肺益肾方(BYF)的195种潜在靶点,并被证实对慢性阻塞性肺疾病(COPD)大鼠有短期治疗作用。然而,对慢性阻塞性肺疾病(COPD)的长期疗效及机制尚不清楚。因此,本研究以慢性阻塞性肺疾病(COPD)大鼠为研究对象,于第9~20周给药。然后通过转录组学-蛋白质组学-代谢组学分析第32周BYF对慢性阻塞性肺病大鼠的长期影响。材料与方法样本收集第0-8周构建COPD大鼠模型,将32只大鼠置于一个暴露于烟草和反复肺炎克雷伯菌感染的封闭的盒子里,第9-20周大鼠每日灌胃给予生理盐水(2mL)、BYF(4.44g/kg,0.5g/ml)和氨茶碱(2.3mg/kg)。检测方法转录组:Microarray(4×44K)大鼠全基因组表达谱芯片;蛋白组:8-plex iTRAQ,NanoLC-QTOF-MS;代谢组:Agilent-1200 LC-Agilent-6520 Q-TOF;数据分析Agilent GeneSpring GX software version 11.0Mascot:蛋白质鉴定Mass Hunter:代谢物鉴定SIMCA-P:PLS-DA基因、蛋白质和代谢物集富集、网络和通路分析Bingo(CytosCapev3.1.1插件)用于分析转录本和蛋白质的分子功能;DAVID和KEGG数据库对转录本和蛋白质进行途径富集分析。Metscape用于分析基因、蛋白质和代谢组学数据的整合途径;ClueGO(Cytoscape插件被用来探索基因和蛋白的分子功能。MetaboAnalyst 3.0被用来确定代谢物...
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多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应

日期: 2018-04-10
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多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

昆虫作为传粉者与植物相互作用已有3.5亿多年,但同时也是植食性动物。在持续的进化期间,植物已经获得了复杂的防御系统,以感知由昆虫摄食引起的损害并相应地进行防御。目前人们对植食性昆虫相关的分子模式(HAMPs)或激发子仍知之甚少,例如昆虫口腔分泌物中的某些分子(OS),可以被植物识别并激活特定的防御反应。在早期反应中,植物激素,包括茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)和乙烯(ET))的积累在调节防御中起着重要作用。

玉米在世界范围内作为主要作物种植,而昆虫摄食导致大量生产损失。尽管它在农业上很重要,但对玉米对植食性昆虫的反应知之甚少。本研究基于测序和质谱技术的进步,研究了玉米对机械损伤的反应,并通过将其口腔分泌物(OS)应用于伤口来模拟植食性昆虫东方粘虫Mythimna separata摄食。与机械损伤引起的反应相比,OS引起了玉米转录组,蛋白组,代谢组和植物激素更广更长时间的变化。具体来说,许多基因,蛋白质和代谢物被OS特异性诱导或抑制。来自39个家族的近290个转录因子基因参与了OS诱导的反应,其中更多的转录因子基因被OS特异性调控而不是损伤。

材料与方法



实验材料

玉米叶片:W+W、W+OSCon各处理1.5h和6h

检测平台

转录组Illumina HiSeq 2000

蛋白组(iTRAQ):LC-ESI-MS/MS(Q Exactive-Easy nLC)

植物激素定量(靶标)HPLC-MS/MS(LCMS-8040 system)

非挥发代谢物(非靶标):Agilent 1200-Agilent 6510 Q-TOF

叶片顶空样本(非靶标)GC-MS-QP2010Ultra

主要研究成果



总共检测到52012个基因。选择了与Con对照组相比转录水平上调或下调至少4倍的基因,差异有统计学意义(q<0.05);总共有4406个基因在所有样本中均有差异表达。处理后1.5h6h的样品分别为1774(W+W处理后1.5h1.5W)1893(W+OS处理后1.5h1.5OS)866(W+W处理后6h6W)1428(W+OS处理后6h6OS)个上调基因。在所有样本中,有572个上调基因(1)。与Con对照组相比,W+OS处理后的前60个上调基因(1.5OS6OS处理后各30)以显示在log10转化后的平均表达水平。

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 1. The profile of up-regulated maize transcripts.

图1上调的玉米转录本的特征

进一步分析了被下调至少3倍的转录本。总共发现7661152122个和495个基因被1.5W1.5OS6W6OS下调(2ab),在所有样本中仅发现39个共同的基因(2c)。在1.5W1.5OS6W6OS的特异基因中,大多数蛋白质没有注释。相比之下,W+OS处理的样品比W+W处理的样品具有更大比例的下调基因;例如,400个基因被6OS特异性抑制,而仅有27个基因被6W特异性下调(2ab)。在W+W处理后1.5h6h分别有119个和83个基因的转录水平在W+OS处理后进一步下调,其中7个基因在两次作用下都被共同调控(2d)1.5OS6OS处理前60个下调基因包括细胞色素P450(GRMZM2G034471)、茉莉酮酸酯诱导基因(GRMZM2G020423)、细胞激素-O-葡糖基转移酶1(GRMZM2G074631)和各种没有注释的基因(2e)

模拟东方粘虫诱导的转录组变化与机械损伤的比较表明,W+OS对玉米的影响比W+W更强,持续时间更长,表明玉米特异识别东方粘虫OS,并启动一种特异性的转录体反应。

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 2. The profile of down-regulated maize transcripts.

图2下调的玉米转录本的特征

为了获得由W+W或W+OS处理调节的蛋白质的全局变化,使用iTRAQ技术分析前述相同叶样品(每组三个生物学重复)的蛋白质组。总共鉴定了2350种蛋白质(补充表S7),其中294种蛋白质在处理组和Con之间或在W+WW+OS处理之间表达水平发生变化。

与Con样品相比,选择其水平变化至少20%且具有显著性(p<0.05)的蛋白质。15(1.5W)114(1.5OS)33(6W)49(6OS)蛋白质被上调,并且在所有处理组中仅诱导2种共同蛋白质(3)。相对于Con,以W+OS处理上调的前60种蛋白质(1.56h后各30)为研究对象,通过log2的转化,显示其平均表达水平(3e)。这些包括NADPH脱氢酶(GRMZM2G149414)、钙依赖性蛋白激酶(GRMZM2G112057)等等。

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 3. Up-regulated proteins in response to W+W and W+OS treatment.

图3 W+W和W+OS处理引起的上调蛋白

进一步分析了下调的蛋白质,即Con与处理组之间的蛋白质水平比至少为1.2倍,发现875912种蛋白质由1.5W1.5OS6W6OS调控(4ab),所有样本中只有1种蛋白被共同调节(4c)。在同一样本中,两次下调的蛋白质都比上调的少。与上调蛋白之间的模式类似,W+OS处理的样品比W+W处理的样品有更多的下调蛋白。由W+WW+OS 1.5h6h处理后,前20(对于具有少于20个特异性调节的蛋白质的样品,包括所有蛋白质)特异性下调的蛋白质在补充表S9中。经W+W处理1.5h6h后进一步被OS抑制的蛋白质分别为451个,只有1种共有蛋白质(4d,补充表S7)。对1.5OS6OS的前60种下调蛋白进行了分析,其中包括谷胱甘肽转移酶(GRMZM2G028821)、依赖ATPCLP蛋白酶蛋白酶亚基(GRMZM2-G056373)等等。

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 4Down-regulated proteins in response to W+W and W+OS treatment.

图4 W+W和W+OS处理引起的下调蛋白

在4406个调控基因中,4142个在蛋白质组数据中没有显示相应的蛋白质,可能是因为蛋白质组检测的敏感性相对较低,200个调控基因的蛋白质产物没有变化(5a)。在蛋白质组数据中,发现1757个蛋白质没有变化,并且这些蛋白质在转录水平一直保持不变(5)。在差异调节的294个蛋白质中,最多(214种蛋白质)转录水平没有变化,64种调控蛋白的转录本也被调控,16种蛋白在转录组中没有相应的转录本(5)

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 5. Correlations between of proteins and transcripts.

图5 蛋白质和转录本的相关性

植物激素在协调植物对昆虫的抗性方面起着关键作用。因此分析了每一组中处理后不同时间采集的样品中JA、JA-Ile(JA-异亮氨酸共轭物)SAABAET的含量。

JA和JA-Ile水平在W+WW+OS共同作用下迅速升高,而W+OS诱导的峰值比W+W诱导的峰值高出1倍以上(6ab)。值得注意的是,SA水平通过W+OS处理高度上调(W+OS处理0.5h后增加4.4倍);相反,W+W处理过的玉米叶片中的SA水平增加不到1(6c)W+OS处理对ABA水平的影响更大,持续时间更长:在1.5h时,W+OS处理样品中ABA含量比W+W处理样品高2倍以上(6d)W+W处理未引起ET水平的升高,而W+OS处理的玉米叶片ET释放量几乎是CONW+W样品的4(6e)。因此,植食性昆虫东方粘虫粘虫M. separata强烈地改变了应激相关植物激素的水平。另外,进一步分析了对上述植物激素的生物合成非常重要的基因。共发现29个相关基因在不同样本间有不同程度的表达(6f)

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 6. Changes of phytohormones and phytohormone biosynthesis-related gene expressions and proteins.

图6植物激素和激素生物合成相关基因表达和蛋白质的变化

特殊代谢物通常是介导对植食性昆虫抗药性的活性化学物质。因此分析了W+W和W+OS处理48h后各种非挥发性代谢产物的变化,使用UPLC-Q-TOFMS系统(每组5个生物学重复)。所检测到的代谢产物属于氨基酸、bxs、酚类、黄酮类和脂类四大类。

与转录组和代谢组数据一致的是,W+OS处理对次级代谢产物的作用比W+W对次级代谢产物的诱导或抑制作用更强,而W+OS处理则诱导了7种代谢物,抑制了8种代谢物(7ab)Bxs被认为是迄今为止发现的玉米中最重要的抗植食性昆虫化合物之一,并且通过不同的植食性昆虫摄食而受到上调。与W+W处理相比,W+OS处理对bxs的影响更大(7c)。所有检测到的Bx生物合成相关基因均被W+WW+OS上调,Bx10的诱导水平最高(分别为6h130.4倍和504.5),而大部分Bx生物合成相关基因在处理后6h也上调(7d)Bx生物合成途径中的蛋白质,BX1BX4Bx5W+WW+OS处理后6h也上调,但只增加26-45%(7d)。此外,在玉米中,TPS1TPS23TPS2/3TPS10对植食性昆虫诱导的萜烯生产很重要。因此分析了转录组数据中的所有玉米基因组注释的TPS(7e)

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Figure 7. Changes of maize metabolites and Bx and terpene biosynthesis-related genes and proteins after W+W and W+OS treatments.

图7 W+W和W+OS处理后玉米代谢产物、Bx和萜烯生物合成相关基因和蛋白质的变化

尽管W+W和W+OS处理通常诱导或抑制相对较多的TFs,但W+OSW+W影响更多的TFs1.5OS1.5W6OS6W处理特异性上调3014350TFs,并分别下调16380TFs(8a-d)。在1.5OS6OS(30)处理诱导的前60个上调的TFs中,通过log10相对于Con水平的转换来显示它们的平均表达水平(8e),最高诱导率为217(ERFGRMZM2G544539)W+OS处理后1.5h6h,只有319TFs被下调(8cdf),一个TALETF(GRMZM2G076272)受到最强烈的抑制(96.2%)

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Figure 8. Responses of maize transcription factors to wounding and simulated M. separata feeding.

图8玉米转录因子对损伤和模拟东方粘虫摄食的反应

总结

利用多维组学方法揭示玉米对一种特殊昆虫的防御反应,并发现与机械损伤相比,模拟东方粘虫摄食是有效的。更强烈和更具体地激活玉米防御反应,突出OS在植物-昆虫相互作用中的关键性。通过1.56h的转录组和蛋白质组学应答,以及2d后的代谢变化。以较长的时间范围和较短的时间间隔采集的样品将提供更详细的信息,以了解玉米生理对昆虫食性的影响和调控。分析表明,与机械损伤相比,模拟东方粘虫摄食的一般规律是:(1)植物激素、转录、蛋白质组学和代谢物的变化更大;(2)上调基因,蛋白质和代谢物多于下调。因此,M. separata OS诱导了一种更强、持续时间更长的转录组和蛋白质组重排。与机械损伤相比,玉米的防御性代谢产物也大大增加。此外,玉米在咀嚼式植食性昆虫取食后,调节网发生了显著变化。

多维分析提供了大规模的数据集,揭示了玉米在多维上对植食性昆虫M. separata的生理反应,并强调了OS在玉米抗咀嚼式昆虫中的关键作用(9)。这些数据提供了进一步的遗传研究玉米抗虫性的框架,包括不同品种的全基因组关联研究,也为培育新的具有较强抗虫性的玉米品种。

多组学分析揭示植食性昆虫口腔分泌物特异性诱导玉米防御反应 

Figure 9. Aworking model summarizing the responses of maize to M.

separata feeding.

图9研究了玉米对东方粘虫摄食的响应


点击下方原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pce.12735



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