多层组学在植物逆境及育种中的研究进展

多层组学主要包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学,是系统生物学的重要组成部分。近年来,随着生命科学在植物中的研究和不同组学技术的迅速发展,已迈入了多组学时代,并且广泛应用在植物响应逆境胁迫及辅助育种方面,成为研究植物响应逆境胁迫不可或缺的重要手段。笔者主要结合多层组学在植物响应逆境胁迫机理及代谢通路中的最新研究进展,对植物响应逆境胁迫(非生物胁迫和生物胁迫)、基因功能研究及辅助育种的研究进展进行综述,并强调将基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等学科交叉结合起来进行研究来揭示植物响应逆境胁迫的分子机理,为未来培育抗逆品种提供新思路。     

植物响应低温胁迫组学研究进展

低温是限制植物生长和分布的主要逆境因子之一。植物遭受低温胁迫时会迅速启动相关基因,进行转录调控,合成相应蛋白质,进而控制代谢物的合成。为了抵御和适应低温环境,植物形成了复杂的调控网络。随着现代分子生物学迅速发展,组学已经成为植物响应逆境胁迫机理研究的重要方法,如基因组、转录组、蛋白质组和代谢组。这些组学研究技术相结合,能够为探究植物响应低温胁迫的基因调控网络提供有力手段。本文综述转录组、蛋白质组与代谢组等组学技术用于分析植物应答低温胁迫的研究进展,以期为揭示植物耐寒机理及优良耐寒植物的筛选与培育提供参考。     

利用基因芯片研究植物非生物逆境响应基因表达的进展

极端温度、干旱和高盐等逆境胁迫影响作物的正常生长,会导致作物大幅度减产。分子遗传和基因组学研究表明,大量基因受到逆境胁迫的诱导,包含转录因子在内的许多信号因子参与了逆境响应。基因芯片能够进行整个基因组范围的基因表达分析,利用基因表达谱分析,结合代谢组学和蛋白组学研究,已在阐明植物抗逆机制和发掘植物逆境胁迫响应相关基因方面取得重要进展。综述利用基因芯片对植物在极端温度、干旱和高盐等非生物逆境胁迫下基因表达的研究进展。     

整合多个组学(omics)分析植物代谢产物及其功能

对生物体在体内生命过程中产生的一系列代谢产物做全面分析将有助于揭示生物基因型和表型之间的联系。代谢组学是应用"组学",包括基因组学、转录组学和蛋白质组学,综合分析代谢产物的方法;通过使用先进的分析技术结合应用新一代测序和统计学方法来提取信息,对数据诠释,实现细胞代谢物识别和量化,从而理解生物体对环境刺激或基因干扰的生物学反应。今简介代谢组学的数据库资源及研究方法,并以最近3～5年的应用实例来诠释植物代谢组学最新进展,包括植物在非生物胁迫下的响应及代谢谱的变化,诱发突变和转基因事件对代谢谱的影响,代谢产物的鉴定及其进化。     

黄酮类物质的生物合成及对干旱胁迫响应的研究进展

通过阐述黄酮类物质生物合成、代谢调控以及参与干旱胁迫响应的研究进展,提出了从多组学层面联合分析逆境胁迫下基因转录以及转录调控过程,这将有助于深入理解植物对逆境胁迫响应的分子机制,从而为品种改良和产品开发提供理论参考。     

组学技术在蔷薇属植物研究进展

蔷薇属(Rosa)植物是目前世界上最主要的观赏植物之一,其种类丰富、花色各异、具有重要的经济、绿化及药用价值。随着测序技术和各项组学技术的不断发展,促进了蔷薇属以基因组学研究为基础,涵盖转录组学、蛋白质组学、代谢组学及多组学的发展,为研究蔷薇属植物物种起源、遗传多样性、基因挖掘、分子机制解析、基因互作、蛋白互作等带来新的机遇。文中旨在探讨蔷薇属植物在基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表观组学、比较基因组学等方面取得的最新研究进展,并对其发展前景进行展望,以期为分子辅助育种及分子编辑提供有益指导。     

蛋白质组学在番茄非生物逆境胁迫中的研究进展

【目的】回顾近年来蛋白质组学在番茄逆境胁迫中的研究进展,综述蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温、其它)胁迫上的研究进展,为利用蛋白质组学技术进一步研究番茄响应非生物逆境胁迫的分子机制奠定理论基础。【方法】运用统计学方法收集文献资料,并分析汇总蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温等)胁迫的研究文献进展情况。【结果】盐胁迫耐受性(渗透调节,渗透保护,离子稳态,消除氧清除剂,胁迫反应等)与胁迫的持续时间有关;下调的蛋白主要参与代谢和能量转换,上调的蛋白参与信号转导或运输;干旱应答蛋白包括与耐热性和渗透性保护剂的产生、脂质代谢、细胞壁修饰、神经酰胺代谢和丝裂原活化蛋白磷酸化相关的蛋白;蛋白质广泛参与了细胞过程,包括防御/应激反应,离子结合/转运,光合作用和蛋白质合成;最初如何感知胁迫条件,以及植物器官激活了哪些主要反应,可以避免低温胁迫晚期相关蛋白的干扰。【结论】在非生物逆境胁迫条件下,番茄通过改变自身的蛋白质表达水平对各种非生物胁迫作出响应。蛋白质组学研究能够全面揭示番茄响应胁迫时其细胞内蛋白质的动态变化规律,鉴定差异表达的蛋白质,是番茄抗逆生物学研究的重要组成部分。     

代谢组学在动物育种中的应用现状与前景展望

代谢组学是一门新兴的学科,与基因组学、蛋白质组学等共同构成系统生物学。近年来,代谢组学发展迅速,并在疾病诊断、生物医药研发、食品营养与科学、药理毒理学、环境科学、植物科学以及动物育种等众多领域均有应用。系统介绍了动物育种中小分子代谢物在遗传参数估计、品种（系）鉴定、重要经济性状鉴定、多组学关联分析以及动物疾病模型制备中的应用及最新研究进展,分析代谢组学研究中存在的问题。随着其研究方法的不断完善和优化,越来越多代谢物被人们所了解认识,在农用动物育种中代谢组学技术的研究逐渐增多,代谢组学必将成为动物育种的一种有力手段。     

水稻品种特优12在苏打盐碱处理下数字表达谱分析

通过不同盐碱处理下水稻品种特优12转录组测序分析,初步研究了该品种盐碱胁迫下的差异表达基因和基因表达模式。并对差异表达的基因进行了功能分类和注释。结果表明特优12在盐碱胁迫下,差异表达基因主要参与了氧化还原反应,渗透逆境响应,逆境胁迫响应,氧化胁迫响应,次生代谢途径,刺激响应,盐胁迫响应,化学刺激响应,非生物刺激响应等途径。     

转录组和蛋白质组关联分析解析巴西蕉幼苗响应低温的分子机制

【目的】低温是导致香蕉减产的主要自然灾害之一。基于转录组与蛋白质组关联分析参与香蕉抗寒的相关基因、蛋白及信号、代谢通路调控网络,探讨香蕉抗寒的分子机制。【方法】以巴西蕉为试材,在7℃低温下处理1 d(Cold1)和3 d(Cold3),以28℃培养的巴西蕉为对照（CK）,基于笔者课题组前期获得的蛋白质组数据,利用转录组测序技术检测巴西蕉在低温胁迫下基因调控网络的变化,同时与蛋白质组学数据进行关联分析,共同解析巴西蕉响应低温胁迫的分子机制。【结果】转录组分析结果显示,Cold1 vs CK、Cold3 vs CK和Cold1 vs Cold3三个对比组分别鉴定出11 370、15 460和9 619个差异表达基因,对这些基因的KEGG富集分析发现,差异表达基因在光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等多个低温胁迫关键信号代谢通路中富集。对部分差异表达基因进行实时荧光定量（qRT-PCR）分析,其中DREB、MAPK和MYB等低温调控关键基因的表达量在低温处理后显著上升,所选20个基因的表达变化趋势与RNA-seq基本相符,证实了RNA-seq的准确性。转录组与蛋白...     

表型组学研究进展及其在作物研究中的应用

表型组学是指在基因组水平上系统地研究某一生物或细胞在不同环境条件下所有表型的学科。随着植物表型获取技术和设备的不断完善,以及基因组学、蛋白组学、代谢组学、生物信息学和大数据计算技术的快速发展,高通量表型组学分析在种质资源鉴定、遗传图谱绘制、功能基因挖掘等方面发挥越来越大的作用。高通量表型组学研究正成为突破未来作物学研究和应用的关键领域,为作物遗传育种、栽培管理提供精准、高效的决策支持。因此,充分挖掘多组学信息,加快高通量表型研究对全面了解农作物基因型、表型和环境之间的关系,发现和揭示重要农艺性状调控基因和作为机制,促进作物功能基因组及作物遗传改良研究具有非常重要的意义。概述了表型组学的发展历程,并对当前表型组学主要研究平台和成像系统,及其在作物根系结构、冠层结构、生物和非生物胁迫研究中的应用进行了系统论述,旨在为农作物表型高通量获取和解析提供方法借鉴,加速表型组学研究方法在作物育种中的应用。     

柑橘育种的基因组学基础研究进展

柑橘是世界上最重要的园艺植物,也是很难使用常规育种方法改良的植物之一。从柑橘育种的角度,讨论了近年来柑橘基因组学研究的进展,包括基因图、物理学图、ESTs、基因芯片、转录组学、蛋白组和代谢组学的研究进展。     

昆虫病原真菌基因组学及多组学研究进展

昆虫病原真菌是重要的生物防治资源,利用昆虫病原真菌防治农业害虫具有不易产生抗性、易造成昆虫病害流行、生态安全环保等优势,推广应用昆虫病原真菌控制害虫是今后生态农业的发展趋势。现代测序技术的飞速发展促进了真菌基因组学的研究,在全基因组测序、系统发育基因组学、比较基因组学以及多组学(转录组学、蛋白组学、代谢组学)联合分析等研究领域取得显著成果。文章就昆虫病原真菌白僵菌、绿僵菌、冬虫夏草菌、蛹虫草菌等基因组学的最新研究进展,结合本团队的研究工作进行综述,涉及利用基因组学及多组学联合揭示昆虫病原真菌的种内或物种间的进化、寄主范围改变、侵染过程效应蛋白鉴定、真菌代谢产物合成,以及真菌侵染机制、昆虫免疫机制、真菌-昆虫互作机制等方面,并探讨昆虫病原真菌基因组学研究的未来发展方向,为今后农业害虫生物控制的应用提供科学依据。     

金属纳米材料的植物生物效应及其多组学研究进展

金属纳米材料(MNMs)在农业领域中的广泛应用,已经引起国内外学者对其生态风险的关注。传统毒理学研究方法与组学技术(转录组学、代谢组学和蛋白质组学)相结合,逐渐成为当前纳米生态毒理学研究领域的主要手段。本文首先从植物生长效应、亚细胞及生理生化水平等不同层次,分别评述了MNMs植物效应的传统毒理学研究的主要发现;其次,阐述了转录组学、蛋白质组学以及代谢组学等多组学技术在MNMs植物毒理学领域中应用的最新研究进展,旨在进一步揭示MNMs植物效应潜在的分子机制;最后分析了该领域的研究现状、尚待解决的问题和未来发展方向,并提出今后的研究思路。     

"组学"在微藻中的研究进展

将组学在微藻中的研究进展进行了综述,分别从基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学4个方面进行了阐述。     

代谢组学在水稻研究中的应用进展

代谢组学是系统生物学重要的分支,通过对小分子代谢物的研究来揭示生命体的生理状态,进而探索生命活动的规律。对代谢组学进行了简单概述,介绍了代谢组学常用的分析平台,综述了代谢组学在水稻响应非生物和生物胁迫、基因功能、辅助育种及转基因安全研究中的应用现状,并就存在的挑战和机遇进行了分析,以期为代谢组学应用于水稻研究提供参考。     

植物代谢组学应用研究——现状与展望

植物产生超过20万种代谢物(分子量小于1 000的有机化合物),这些代谢物在植物的生活史中发挥着重要的生理功能。因此,植物代谢组学在现代植物生物学研究及其生物技术应用中发挥着非常重要的作用。通过代谢组学和转录组学数据(或其他组学数据)的关联分析,人们可以更加快速地解析参与代谢网络的基因功能。最近,植物代谢组学在一些新兴的研究领域(如代谢流组学,辅酶因子组学等)也扮演着越来越重要的角色。对作为植物功能基因组学和系统生物学研究工具的代谢组学研究现状与展望做一个概述,以期为了解并研究相关领域提供参考。     

木材形成的分子生物学研究——“多组学”在应力木系统中的应用

为了满足人们对木材的需求和缓解对森林的压力、培育品质与产量兼优的树木品种,以及在分子整体水平上认知木材形成的生物学过程,在阐述分子生物学基础知识和木材形成的生物学过程的基础上,以应力木系统为例,从基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和生物信息学数据处理5个方面,阐述了多组学技术在木材形成的分子生物学研究中的应用。根据目前这一领域的研究存在的不足,提出了该领域未来的研究方向。