LC-MS代謝組學+轉錄組助力杜鵑花、柳杉、油茶葉片等植物組織研究
導讀
代謝組學是目前關注度頗高的組學方向：其一，大家普遍認可代謝物是反映生物表型、狀態(tài)的最有效分子；其二，代謝物被認為是功能分子、信號分子，其慢慢與功能組相掛鉤；其三，腸道微生物等新興研究熱點的帶動。以小鹿多年組學經(jīng)驗直觀感覺：近幾年代謝組學的課題項目數(shù)量幾乎超過了蛋白質組。
本篇小鹿將分享3篇LC-MS代謝平臺在杜鵑花、柳杉、油茶葉片等植物組織研究的應用~探討LC-MS平臺在代謝組分析中的重要作用。
選擇LC-MS做討論的理由有三：
（1）LC-MS平臺對代謝物的覆蓋最廣、靈敏度更高。從文獻中已報道的同時使用多種分析平臺的數(shù)據(jù)來看，都是LC-MS獲得的數(shù)據(jù)量顯著更多；
（2）相比于GC-MS，LC-MS一般無需衍生處理，分析平行性更好，更適合大規(guī)模樣本的分析；
（3）使用LC-MS平臺的人員和機構更多，包括很多做NMR和GC-MS的代謝組學專家都已轉向LC-MS。
文章一
通過對杜鵑葉片的RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)：在低溫馴化和去低溫馴化過程中光保護有助于提高杜鵑葉片的抗凍性
期刊：Horticulture Research
影響因子：7.291
發(fā)表時間：2022年1月
樣本類型：植物葉片
合作項目單位：浙江大學
運用組學技術：轉錄組學、LC-MS靶向代謝組-植物激素
研究背景
冷凍耐受（FT）是北溫帶植物的一項獲得性能力。多年生的木本植物在秋冬兩季較短的光周期和較低的溫度下逐漸獲得FT的過程稱為“低溫馴化”(CA)。近年來，由于暖冬和非季節(jié)性氣溫變暖導致一些植物不完全的CA和未成熟的DA，而這種對寒冷的反應會給這些植物帶來一系列的威脅。
2022年1月，歐易/鹿明生物合作客戶浙江大學夏宜平教授課題組在期刊發(fā)表的研究成果，通過轉錄組學技術、LC-MS靶向代謝組學-植物激素技術研究方法，發(fā)現(xiàn)了杜鵑葉片通過光合作用和積累碳水化合物以及降低ABA、JA和木質素含量來獲得抗凍性。
研究思路
研究結論
結合前期成果，本研究發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律可能在杜鵑花葉片冬季獲得LFT過程中發(fā)揮關鍵作用。WGCNA分析揭示某些晝夜節(jié)律相關基因在CA過程中上調，在DA過程中下調，可能分別與糖的積累和分解代謝有關。本文作者提出，在野外條件CA的低溫和強光脅迫下，越冬葉片獲取LFT的機制是獨特的。這是通過光合作用和積累碳水化合物以及ABA、JA和木質素含量的降低來實現(xiàn)的。在研究中作者運用轉錄組學、LC-MS靶向代謝組學-植物激素技術發(fā)現(xiàn)了杜鵑越冬時，葉片獲取LFT的獨特機制。同時靶向代謝組學技術，已經(jīng)作為一種較為成熟的研究手段，可以對我們前期關注的代謝物進行分析，作為非靶向代謝組學技術的一種補充和證明。
文章二
轉錄組和代謝組分析揭示不同季節(jié)柳杉針中萜類和類黃酮生物合成的差異
期刊：Frontiers in plant science
影響因子：6.627
發(fā)表時間：2022年7月
樣本類型：柳杉針葉
合作項目單位：南京林業(yè)大學林學院林業(yè)遺傳與生物技術教育部重點實驗室
運用組學技術：轉錄組學、雙平臺代謝組學（LC-MS平臺+GC-MS平臺）
研究背景
柳杉（Cryptomeria fortunei）是我國特有樹種，其中類黃酮和萜類化合物是其主要的藥理成分，具有出色的解毒、抗氧化、抗真菌和殺蟲特性，已被用作植物保護、化妝品和制藥行業(yè)的原料。季節(jié)性變化（Seasonal changes，SCs）是全球環(huán)境變化的主要組成部分，日長、光照強度和溫度在年度周期中發(fā)生巨大變化。SC會引起樹木中代謝物和其他植物化學物質的變化，并改變植物萜類化合物的產(chǎn)生、烯烴含量以及抗氧化和抗菌特性。
2022年7月,南京林業(yè)大學林學院林業(yè)遺傳與生物技術教育部重點實驗室在Frontiers in plant science（IF：6.627）期刊發(fā)表的研究成果，運用轉錄組學、雙平臺代謝組學技術闡述對季節(jié)性變化引起的柳杉（Cryptomeria fortunei）針葉代謝和轉錄組學變化的理解，為柳杉的適應機制及其代謝物的提取提供了參考，以揭示季節(jié)間柳杉針葉代謝反應的分子調控。
研究思路
研究結論
該文章結合轉錄組學、GC-MS非靶向代謝組學、LC-MS非靶向代謝組學分析，探討了不同季節(jié)間差異代謝物的生物合成機制，季節(jié)變化影響主要集中在光合作用途徑、萜類化合物、類黃酮生物合成途徑，為柳杉的適應機制及其代謝物的提取提供參考。進一步闡明植物在特定生理生態(tài)條件下的適應和調控機制。
文章三
二氫黃酮醇4-還原酶（CoDFR）的過表達促進炭疽病抗性中黃酮的產(chǎn)生
期刊：Frontiers in Plant Science
影響因子：6.627
發(fā)表時間：2022年11月
樣本類型：油茶
合作項目單位：中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所
運用組學技術：LC-MS靶向代謝組學
研究背景
炭疽病菌于1882年由Penzig首次發(fā)現(xiàn)，主要分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。作為一種植物病原體，它可以引起多種木本和草本植物病害。嚴重制約作物質量和產(chǎn)量的提高，造成了巨大的經(jīng)濟損失，油茶樹種作為重要的木本油樹種，受炭疽病影響，油茶樹種子年產(chǎn)量減少20%-40%，嚴重者甚至減少80%，給當?shù)亓謩諉T和油茶樹企業(yè)造成重大損失。因此，挖掘抗病基因培育抗病品種是防治炭疽病最經(jīng)濟有效的措施。
2022年11月，由中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所姚小華、卓仁英研究員課題組在Frontiers in Plant Science期刊（IF:6.627）發(fā)表的研究成果，通過LC-MS靶向代謝組學研究方法，發(fā)現(xiàn)了CoDFR在植物炭疽病抗性中特征，為類黃酮介導的防御機制的關鍵作用提供了理論依據(jù)。
研究思路
研究結論
研究發(fā)現(xiàn)接種后感病油茶葉片黃酮含量增加。抗性油茶樹品種的CoDFR的表達與光孢子蟲侵染的時間進程呈正相關。煙草中CoDFR的過表達增加了水楊酸含量，調節(jié)了黃酮通路相關基因的表達，促進了黃酮的積累，從而增加了炭疽病的抵抗力。
本文運用經(jīng)典的黃酮酚類靶向代謝組學研究方法發(fā)現(xiàn)CoDFR的過表達可能與增加油茶對真菌病原體的抵抗力有關。這為植物對真菌等的廣泛抗性提供了參考。
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