2022-11-28
非生物胁迫是指在特定环境下任何非生物因素对植物造成的不利影响，从而引起植物生长发育等生物学过程的变化，植物会感知到非生物胁迫的信号和转导，进一步引起包括相关基因，转录因子，代谢通路和信号途径等复杂反应机制的变化。而通过转录组测序分析，能进一步阐明植物响应胁迫的分子机理。
小派今天就分享三篇植物分别在不同胁迫下，通过转录组测序分析，解析其响应胁迫机制的项目文章，原文索引及链接见文章末尾。
文章一 生物化学和转录组分析揭示了绣球花萼片高铝胁迫反应和耐受的关键基因和途径 《Plant Physiology and Biochemistry》 影响因子：5.437 江苏农科院在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了 生物化学和转录组分析揭示了绣球花萼片高铝胁迫反应和耐受的关键基因和途径。
研究背景
绣球花[Hydrangea macrophylla (Thunb.) Ser.]。是一种耐铝性较高的观赏植物，具有独特的颜色变化特征。在含铝的酸性土壤中种植，一些品种的花颜色会从红色变为蓝色或蓝紫色。到目前为止，绣球花颜色变化背后的化学机制已经被揭示，然而，目前对绣球花红蓝变化的分子调控机制的研究较少。 本研究测定了Al3+敏感品种“Bailer”和不敏感品种“Ruby”的铝含量、花青素的种类和含量。在此基础上，通过比较转录组分析，研究Al3+转运和Al2(SO4)3处理下花颜色变化的分子机制。
技术路线
主要研究结果 1、差异表达基因（DEGs）及富集分析 在铝处理下，Al3+敏感品种“Bailer”的差异表达基因（12321）高于不敏感品种“Ruby”（6703）（图1A）。通过venn图，展示铝处理下，“Bailer”和“Ruby”的根、叶、萼片中共有/特有的差异表达基因（图1B）。 GO富集分析表明在“Bailer”和“Ruby”的根比较组中，显著富集的term主要涉及细胞壁、离子稳态、过氧化物酶活性、催化活性等反应。KEGG富集分析表明，除RAlL/ RCKL组外，苯丙类生物合成在5个比较组中均表现显著上调富集；黄酮生物合成途径在“Bailer”各组织中均呈显著富集，尤其是在萼片中表达上调（图2）。 图1：PCA分析和差异表达基因分析 图2：KEGG富集分析 2、WGCNA分析及共表达网络图绘制 为了挖掘绣球花萼片中调控红蓝变化的基因调控关系，对上述参与调控红蓝变化的基因进行了WGCNA分析，目的是找出颜色变化的显著调控模板。在蓝色和黑色模块中，在 “Bailer”的萼片中发现了许多上调的核心基因，并绘制核心基因的共表达调控网络图，结果显示，大多数共表达基因主要与代谢过程、催化活性、生物调控、结合、膜和转运蛋白活性（图3）。 图3：核心基因及共表达网络构建 3、关键核心基因qRT-PCR及功能验证 本研究深入研究了转运体相关的基因HmABCI17，HmABCI17(B)和HmABCI17(R)在酵母中的异源表达表明，与表达空载体的菌株相比，它们都增强了转基因酵母对铝的耐受性。
研究结论 转录组分析表明，金属转运蛋白、活性氧(ROS)清除酶等基因表达模式的改变是影响铝敏感品种“Bailer”的关键因素。WGCNA分析进一步表明，ABC转运蛋白、阳离子氨基酸转运蛋白、寡肽转运蛋白和黄酮醇合成酶，这5个枢纽基因在绣球花铝耐受调节网络中起重要作用。此外，HmABCI17(TRINITY_DN1053_c0_g1)的表达增强了酵母对铝的耐受性。本研究的结论有助于阐明不同绣球品种对铝耐受性的差异及其分子机制，为绣球及其他观赏植物蓝花育种的分子辅助筛选提供新的思路。
文章一原文索引： Chen S, Qi X, Feng J, et al. Biochemistry and transcriptome analyses reveal key genes and pathways involved in high-aluminum stress response and tolerance in hydrangea sepals[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2022. 文章一链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0981942822002807?via%3Dihub
文章二 转录组学研究揭示了棉花接种耐盐PGPR缓解盐胁迫 《Environmental and Experimental Botany》 影响因子：6.028 华中农业大学于近期在《Environmental and Experimental Botany》上发表了 转录组学研究揭示了棉花接种耐盐PGPR缓解盐胁迫。
研究背景 在不同的非生物胁迫中，土壤盐分对农业减产具有重要影响。为了应对这种情况，最常用的方法是利用植物促生根际细菌 (PGPRs)，许多PGPR已被研究并用作诱导植物耐盐性的有用且有效的试剂，因为它们具有促进植物生长和积极定植植物根系的能力。 大多数先前的研究主要集中在植物在这一相互作用过程中的生理方面，为了进一步阐明植物中与 PGPR介导的植物生长相关的分子机制变化，本研究进行了转录组学分析，目前的项目旨在研究B. subtilis和 B. pumilus接种对棉花生长的影响。
技术路线
主要研究结果 1、差异表达分析及富集分析 不同处理之间差异表达分析表明，比较组BB vs Salt中鉴定到特有的差异基因158个，BC vs Salt特有的差异基因有545个（图1A），通过绘制Venn图，展示各比较组间共有的差异基因（图1B,C,D）；通过KEGG富集分析，在不同处理中确定了一些不同的重要代谢通路，如“植物激素信号转导”、“植物-病原体相互作用”通路等(图1E)。 图1：不同比较组表达差异分析及KEGG富集分析 2、比较组特有的通路分析 通过分析PGPR接种棉花比较组共有的富集代谢通路，进一步解析接种棉花响应盐胁迫的机制。一些糖相关途径在盐胁迫下被BB或BC处理下被显著激活。对于受盐胁迫的棉花，“戊糖和葡萄糖醛酸互转化途径”在 BB 处理中得到了独特的富集；另一方面，“抗坏血酸和醛糖酸代谢”和“乙醛酸和二羧酸代谢”途径在比较组BC vs Salt中显著富集。 图2：比较组BB vs Salt和BC vs Salt中的独特富集途径
研究结论
本研究揭示了两种 PGPR 细菌菌株（B. subtilis 和 B. pumilus）在减轻棉花植物的盐胁迫耐受性中的作用，BB vs Salt中的戊糖和葡萄糖醛酸相互转化途径、淀粉和蔗糖代谢途径以及在BC vs Salt中抗坏血酸和醛糖酸盐代谢途径、乙醛酸盐和二羧酸盐代谢途径，在盐碱条件下对棉花植物生长促进和保护起着至关重要的作用。这些数据表明，B. subtilis 和 B. pumilus 在盐胁迫条件下显著增强棉花植物的盐胁迫耐受性。
文章二原文索引： Akbar A, Han B, Khan A H, et al. A transcriptomic study reveals salt stress alleviation in cotton plants upon salt tolerant PGPR inoculation[J]. Environmental and Experimental Botany, 2022, 200: 104928. 文章二链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0098847222001502
文章三
生物化学和转录组分析揭示了绣球花萼片高铝胁迫反应和耐受的关键基因和途径 《BMC Plant Biology》 影响因子：5.260
南京林业大学在《BMC Plant Biology》上发表了 转录组分析两种铁线莲品种的热应激反应。
研究背景
铁线莲是一种极具吸引力的观赏植物，胁迫是制约铁线莲生长发育和观赏价值的主要因 素之一，Clematis lanuginosa和Clematis crassifolia是两种铁线莲品种，对热胁迫表现出不 同的耐受性。 本研究使用转录组分析来比较C. lanuginose和C. crassifolia的不同热应激时期，并观察了C. lanuginose和C. crassifolia之间的响应差异。同时筛选潜在的热胁迫响应基因，培育出耐热性强的铁线莲品种。
技术路线
主要研究结果
1、转录本拼接及各数据库注释 基因功能注释结果显示，其中3,795个基因在所有数据库中均有注释（图1a），NR数据库中共有 60, 943个基因与其他物种同源（图1b）。 图1：转录组注释 2、差异表达基因分析 差异表达分析表明，热胁迫处理下，在C. lanuginose和C. crassifolia中，分别有94个和329个基因均在各热应激时期显著差异表达（图2c.d）；两品种共有的差异基因有421个，特有的差异分别为1299个（C. lanuginose）和5757个（C. crassifolia）（图2e）。这些结果表明C. crassifolia中的基因表达对热胁迫更敏感。 图2：差异基因数量及韦恩图 3、KEGG富集分析 富集分析表明，C. lanuginose各热应激时期，差异基因均显著富集于碳代谢、光合生物固碳、乙醛酸和二羧酸代谢等23条通路（图3a）；而C.crassifolia各比较组中，分别有116条，124条和128条被显著富集的KEGG通路注释为氧化磷酸化、光合作用、植物激素信号转导、 苯丙素生物合成等相关通路（图3b）。 图3：KEGG富集分析
研究结论
本研究比较了C. lanuginose和C. crassifolia之间响应热胁迫的差异表达基因和重要代谢途径。该结果增加了我们对铁线莲在热胁迫下的响应机制和候选基因的理解，为进一步分析铁线莲响应热胁迫的分子调控机制及耐热性高的铁线莲品种选育提供参考。
文章三原文索引： Qian R, Hu Q, Ma X, et al. Comparative transcriptome analysis of heat stress responses of Clematis lanuginosa and Clematis crassifolia[J]. BMC plant biology, 2022, 22(1): 1-16. 文章三链接： https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-022-03497-w
本研究的转录组测序和部分数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
