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    发布时间: 2019 - 03 - 19
    ◆◆前沿◆◆由于技术的巨大进步,我们已经进入了多组学时代,能够对细胞分子机制(基因组,转录组,蛋白质组和代谢组)进行系统的定量表征。代谢物是一种较新的进入组学光谱的物质,这些小分子化合物与基因组和蛋白质组相联系,代表了这个被定义为新陈代谢的动态系统中最下游的阶段。以更直观的方式,新陈代谢可以被描述为具有代谢齿轮的机制,其与基因和蛋白质的活性交织在一起。这些齿轮被视为只是作为一个更大的系统的一个组成部分的功能执行。通过这些不同组学水平的生化组织的信息流被描述为分子生物学的中心法则(图1)。在这个框架内,代谢组已被广泛接受为分子水平的表型的动态和敏感测量,将代谢组学置于与病理生理过程相关的生物标志物和机制发现的最前沿。图1 代谢产物作为基因和蛋白质活性的活性调节剂然而,对代谢物的感知主要是作为下游产品的基因和蛋白质活性的标志物,使其对其影响深远的监管活动的认识最小化。事实上,代谢组与所有其他组学水平相互作用并积极调节(图1)。通过这种相互作用,代谢物也是生物过程和表型的直接调控者。这一概念,即代谢物是生物过程中的活跃实体,已被研究数十年,其中开创性地发现乳糖依赖性调节来自lac操纵子的细菌中的基因表达;葡萄糖,脂肪酸和其他脂类可作为胰岛素分泌和敏感性的调节剂;以及营养和能量传感器mTOR激酶的关键细胞作用。最近,随着代谢组学技术的出现和发展,对具有生物活性的代谢物的发现迅速增长。因此,代谢物可以在各种情况下显著影响细胞生理学,支持它们作为生物活性剂的重要作用。01代谢活性原理最近的机制研究表明,活性代谢物强烈影响组学景观的所有层面,从基因组,表观基因组和转录组到蛋白质组。在此框架内,代谢组具有两种控制DNA,RNA和蛋白质功能的总体机制:化学修饰和代谢物-大分子相互作用。1.1大分子的代谢化学修饰代谢物驱动DNA和RNA(例如甲基化)和蛋白质(翻译后修饰)的关键共价化学修饰。已...
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    发布时间: 2019 - 03 - 19
    继叶绿体开年连发3篇后,集思慧远sRNA-seq也见新篇章了!客户们棒棒哒!!!下面小编给大家分享下这篇文章英文题目:Identification and Analysis of microRNAs in the SAM and Leaves of Populus tomentosa杂志:Forests影响因子:IF=1.956摘要茎尖分生组织(SAM)是位于植物顶端的一种重要组织,可持续生长和分化、发育为地上部分。SAM的发育受到一系列复杂的分子调控网络的控制,其中microRNAs(miRNAs)及其靶基因起着关键作用。然而,人们对木本植物中的miRNAs知之甚少。本研究利用小RNA(Srna)测序技术,建立了毛白杨茎尖和成熟叶组织的4个文库,鉴定了99个已知的miRNA家族。此外,193种已知的miRNA,包括植物激素、发育和细胞过程相关的miRNA,表现出显著的差异表达。有趣的是,对miR172、miR164和miR 393的qPCR分析显示在茎尖发育过程中表达模式有显著变化。这些miRNAs的靶基因参与调节激素反应和干细胞功能。特别是参与维持茎尖干细胞的miR 172靶基因APETALA2(AP2)在发育的初始活动阶段就有特异性表达。这些发现对了解miRNAs参与SAM的发展和分化在树种中的调节机制提供了新的见解。材料与方法植物材料:  毛白杨(20年)的健康茎尖和周围叶片.选择了以下三个发展阶段:图中绿色框中组织表示用于qPCR测定的组织;蓝色框表示用于高通量测序的组织。方法:形态观测:切片,显微镜观察sRNA测序与分析:测序平台:Illumina HiSeq 2500(IA时期每个样品2个重复,共4个文库;数据量平均每个文库12M)分析:GenBank和Rfam数据库对sRNA进行分类注释   ...
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    发布时间: 2019 - 03 - 13
    合作单位:江苏大学食品与生物工程学院发表期刊:Food Chemistry影响因子:4.946(SCI二区)研究背景:桔霉素(citrinin,CIT)是一种次生代谢物,最初由桔青霉Penicillium citrinum生产。后来发现它是由曲霉属、红曲属、青霉属等产生的。一些农业食品中报告了CIT的污染情况,包括大米、奶酪、小麦、苹果和其他商业食品。食品中的CIT污染不仅造成重大经济损失,而且对人们构成肾毒性威胁。实验目的:比较10μg/mL CIT处理和不处理Cryptococcus podzolicus Y3的转录和蛋白质组,以揭示酵母对CIT的防御反应及CIT降解的分子机制。实验取材:CIT处理和不处理Cryptococcus podzolicus Y3酵母菌株组学:转录组学和蛋白组学主要研究成果01蛋白的差异表达分析在每个凝胶中总共检测到102个差异表达的蛋白质(平均fold change>1.2)。其中42个差异显著表达蛋白(平均fold change2,p2,p02差异表达蛋白的WEGO分类对所有已鉴定的蛋白质进行了GO功能注释分析,其中被鉴定为细胞和代谢过程的蛋白质为第1位,其次是生物调节和对刺激的反应。所涉及的许多细胞成分是细胞器、细胞成分和生物大分子。结合和催化功能是分子功能中识别最多的蛋白质,其次是抗氧化蛋白、电子携带蛋白、转运蛋白等。03基因的差异表达分析共获得了43928个转录物和17088个unigenes,其N50值分别为2844和2219(补充表S2)。所有基因均用BLAST软件进行注释,其中包括NR、Swissprot、GO、COG、KOG、Pfam和KEGG数据库。共有14550个基因被注释到数据库中。检测所有基因的表达水平,共获得1409个差异表达基因(DEGS,fold change2,p04基因的GO分类根据细胞...
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    发布时间: 2019 - 03 - 11
    摘要草莓属配子体不亲和系统的研究已经广为人知了,但是其遗传机制目前仍是未知的。通过人工自花授粉获得了11个不同亲和性的第二世代绿色草莓,用来代表不同的坐果率水平。本研究对两个较大差异坐果率的自交系进行全基因组重测序,Ls-S2-53(自交不亲和)和Ls-S2-76(强自交亲和)。利用完全自交亲和的野草莓作为参考样品,进行两个绿色草莓全基因组变异检测和注释分析。两测序样品间每条染色体上的多态分布都很相似,但是纯合变异的数量和分布区域是不一致的。基因表达分析表明6个和自交不亲和显著相关的候选基因,用野草莓基因组作为参考,将一个FIP2-like(肌动蛋白骨架合成相关)作为两个自交不亲和自交系的候选基因,该基因编码的肽链在两个材料中均存在不同长短的数量的氨基酸数量的丢失。通过抑制FIP2-like的表达减少了花粉管顶端F-actin的合成,在一定程度上抑制了花粉粒的生成和花粉管的发育。研究结果表明差异的纯合变异分布影响了绿色草莓的果实坐果率,完整编码的FIP2-like能够正常促进F-actin的合成,而较短氨基酸序列的FIP2-like对两个自花授粉草莓的亲和性有影响。材料方法植物材料:F.viridis 42,Ls-S1-2,11个Ls-S1-2自交系;测序材料:Ls-S2-53,Ls-S2-76(幼嫩叶片);Ls-S2-53人工自花授粉后(0h)叶、花梗、花萼、花瓣、雌蕊、花药用来做组织特异表达分析,雌蕊自花授粉后(6,12,24,48,72h)做时空表达分析。测序策略:Illumina Hiseq 2500,Ls-S2-53(80X),Ls-S2-76(75X)。参考基因组:F. vesca reference genome v2.0.a1;比对参考基因组:BWA v0.6.1,过滤冗余序列:SAMtools,变异检测:GATK,变异位点注释:SnpEff,基因功能注释:...
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    发布时间: 2019 - 01 - 29
    小基因组测序,等待您的加入!客户发表文章:”The Complete Plastid Genome of Magnolia zenii and Genetic Comparison to Magnoliaceae species“        壹俺们很优秀,无奈太低调,悄悄告诉您,俺们公司客户叶绿体文章又有一篇发表啦!集思慧远带着自主研发的叶绿体组装软件为您科研道路上添砖加瓦!下面小编就带您看看,一篇叶绿体文章如何造就!贰                      宝华玉兰的完整质体基因组及其与木兰科植物的遗传比较                           IF=3.098宝华玉兰是一种极度濒危物种,仅存于中国江苏省宝华山有18棵。关于它的分子生物学的信息很少,直到现在还没有对宝华玉兰进行质体基因组研究。本文通过对宝华玉兰(Magnolia Zenii)的完整叶绿体基因组进行测序组装,鉴定SSR,并通过对近缘物种基因组结构和序列数据的比较分析,揭示了5个突变热点,对今后木兰科的系统发育和进化研究具有重要意义。这篇文章的研究内容如下:1、叶绿体基因组组装宝华玉兰基因组长160,048 bp,GC含量为39.2%,包括一对26,596 bp的反向重复区(IRA和IRB),一个大单拷贝区(LRC)88,098 bp,一个小单拷贝区(SSC)18,757 bp.2、木兰科物种叶绿体基因组比较分析用28种木兰科物种和2种鹅掌楸的叶绿体基因组进行序列比对。宝华玉兰的叶绿体基因组放...
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    发布时间: 2019 - 01 - 28
    摘要油菜是一种重要的油料作物,为了适应不同的气候带和纬度,形成了三种主要的生态型(冬性,半冬性,春性)。这些生态型多样性背后的遗传机制目前还是未知的。本研究这对收集的世界各地的991份资源品种进行全基因组重测序并分析了这些资源的遗传多样性。测序结果分别和油菜“Darmor-bzh”,“Tapidor”基因组比对鉴定到5.56M/5.53M SNPs,1.86M/1.92M Indels。文章通过构建等位基因漂变图揭示主要群落的,利用遗传多样性和连锁不平衡参数研究了甘蓝型油菜两个亚基因组的非对称进化。选择性清除分析表明了调控各种植物发育和胁迫的直系同源基因间的遗传多样性。全基因组关联分析发现在FT和FLC同源基因的启动子区域的SNP,符合不同生态型的油菜。材料方法实验材料:来自39个国家,658种冬性、145种半冬性、188种春性油菜。测序策略:Illumina HiSeq Xten PE150,共7.9T(平均测序深度6.6X)。油菜参考基因组:‘‘Darmor-bzh’’ genome (B. napus v4.1 genome),‘‘Tapidor’’genome。系统发育分析:MEGA5.2(NJ树,Kimura 2-parameter model);LD分析:PLINK,群体结构:ADMIXTURE;PCA:EIGENSOFT(smartPCA)。SNP重组率计算:R package FastEPRR;等位基因漂移分析:TREEMIX,基因流画图:R package ggplot2。选择性清除:PopGenome(Fst),XP-CLR;关联分析:TASSEL(MLM)。研究结果1、991份油菜资源群体结构和遗传变异A/B.991份油菜资源全球分布情况及对应三种生态型;C.991份材料的系统进化分析(与油菜生态型大致相同);D.群体主成分分析,PC1能够区分冬性和半...
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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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