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。     

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。     

通过整合转录组与代谢组解析不同类型椰子的脂肪酸调控网络

为了探究不同类型椰子中脂质种类和含量的差异,本研究利用非靶向代谢组学方法对海南高种和矮种椰子椰肉组织的代谢物进行了分析,共检测到12 579种代谢信号,其中鉴定了564种代谢物,包括氨基酸、脂肪酸、类黄酮等。定量分析表明高种椰子的脂质总体含量高于矮种椰子,其中绿矮椰子脂质含量最低。甘油脂、鞘脂和脂肪酰是不同类型椰子中主要的差异物质。转录组数据结果表明,不同类型椰子中的差异基因主要参与脂肪酸代谢、α-亚麻酸代谢、木质素代谢和苯丙烷代谢。基于表达模式的不同将差异基因划分为20个不同的模块,其中“Melightyellow”模块与差异积累的脂肪酸高度相关。通过分析模块中脂质途径结构基因启动子区的cis-element,发现大多数脂质途径基因的启动子区存在多个MYB家族的结合位点及大量的激素信号响应元件。结果表明,MYB家族的转录因子可能在脂质的合成调控中发挥重要作用,并且激素可能作为一种信号分子参与到脂质的合成调控中。本研究通过组合策略对不同品种椰肉组织脂质差异的分子机理进行分析,并进一步构建了转录因子-结构基因-代谢物的合成调控网络,为后续解析脂质合成调控的分子机制提供了资源,为油脂椰子品...     

番茄糖基转移酶基因SlUGT75C1-like的功能研究及自然变异分析

为了解析番茄（Solanum lycopersicum）群体中与木犀草素葡萄糖苷含量相关的自然变异,以426份番茄为材料,进行了基于代谢组学的全基因组关联分析（metabolome Genome-Wide Association Study,mGWAS）,发现番茄SlUGT75C1-like基因下游的存在一个与番茄木犀草素-7-O-葡萄糖苷含量紧密关联的突变位点。进一步在3个亚群的番茄群体中,进行全基因组核苷酸多态性计算,发现SlUGT75C1-like所处的区域在不同亚群中存在明显的差异;进一步分析代谢组和转录组数据相关性发现SlUGT75C1-like的转录水平与木犀草素-7-O-葡萄糖苷的相对含量存在极显著的正相关关系,最后,通过蛋白原核表达获得SlUGT75C1-like融合蛋白并利用体外酶活试验证明该基因催化木犀草素的糖基化反应。研究结果说明,番茄SlUGT75C1-like基因的自然变异造成了木犀草素-7-O-葡萄糖苷在番茄群体中的含量差异,mGWAS在识别新的植物代谢基因簇方面具有较大的优势和巨大潜力,在为植物精细育种提供分子基础方面具有重要的应用价值。     

植物代谢工程研究进展

植物代谢工程是采用分子生物学、生物化学、功能基因组学、蛋白组学和代谢组学方法阐明植物复杂的代谢途径和代谢网络的分子机理,通过遗传工程技术在分子水平上调控代谢途径,以提高目标代谢物产量或降低有害代谢物的积累。本文综述了植物代谢工程,包括次生代谢关键酶基因工程、转录因子或调节基因的基因工程等方面的研究进展,以及系统生物学在植物代谢工程研究方面的应用。     

谷子12种黄酮类代谢物合成通路分析

[目的]谷子营养丰富,其保健功能也日益受到消费者的重视。黄酮类次生代谢物多数具有抗炎、镇痛等药理活性,谷子中的黄酮类物质可能与胃功效有关。然而,谷子中黄酮类物质代谢途径缺乏研究,不利于发掘谷子特色功能成分及相关基因。[方法]本研究采用液相色谱-质谱联用广泛靶向代谢组技术,测定谷子不同品种成熟后籽粒黄酮类代谢组。通过phytozome数据库检索谷子黄酮代谢物上一步合成的关键酶基因,对不同品种、不同时期转录组数据及代谢组数据进行通路热图分析。[结果]通过对黄酮类代谢分析,揭示了其在谷子不同品种籽粒中的积累差异。本研究对12种黄酮类代谢物的合成通路进行分析,发现不同谷子品种间黄酮代谢物的差异基本上与其上游合成酶的表达差异一致,初步确定了15个关键基因;柚皮苷查尔酮和柚皮苷是含量最高的黄酮代谢物。[结论]本研究结果为深入探索谷子籽粒黄酮生物合成途径奠定了基础。     

外源鲨烯和茉莉酸甲酯对印楝素生物合成代谢网络的影响

基于广泛靶向代谢组技术,以印楝愈伤组织为材料,研究了外源鲨烯和茉莉酸甲酯(MeJ)处理对印楝素生物合成代谢网络的影响.通过饲喂印楝愈伤组织鲨烯和茉莉酸甲酯,结合超高效液相色谱和质谱分析手段,对饲喂处理后的印楝愈伤组织代谢物进行定性定量分析.结果 表明,MeJ和鲨烯显著影响印楝愈伤组织的代谢活动,MeJ处理后共检132种差异代谢物,包括52种初生代谢物和80种次生代谢物.MeJ调控有机酸、脂质、氨基酸以及黄酮类和酚类物质的代谢,抑制印楝素B、诺米林和葫芦素E的合成.鲨烯处理检出137种差异代谢物,32种代谢物表达上调.MeJ和鲨烯均显著促进印楝素A、Azadiradione、Nimbin和Salannin的合成,抑制印楝素B和D的合成.初步阐明了MeJ和鲨烯影响印楝素A合成的机制,即二者通过调控初级代谢途径,影响印楝素合成前体的供给;通过抑制固醇类物质的次生代谢,促使更多的前体进入印楝索A合成的代谢流,进而调控印楝素的生物合成.     

基于质谱的代谢组学数据分析技术研究进展

代谢组学是系统生物学研究的重要组成部分,是一种对特定条件下生物体内所有内源性小分子代 谢物进行全面定性和定量分析的技术。质谱和核磁共振系统的不断更新迭代推进了代谢组学技术的迅猛发展, 其中质谱技术因其能同时检测出数千个生物流体、细胞和组织中的代谢物,且所需前处理步骤简单,已发展为 当前代谢组学研究中应用最广泛的技术,开发基于质谱的代谢组学数据分析方法也因此成为过去 10 年代谢组学 研究的热点领域。对基于 GC-MS 和 LC-MS 的代谢组学数据预处理、代谢组学数据统计分析、代谢途径富集分析, 以及未知代谢物鉴定 4 个方向取得的研究进展进行系统总结,详细介绍常用的数据分析策略和分析软件;并重 点综述了包括基于数据库、分子网络算法、人工智能算法等未知代谢物鉴定的前沿方法,最后展望了基于质谱 的代谢组学数据分析的未来发展方向,在已知生化反应和分子网络分析的基础上再整合代谢物合成的遗传位点 等信息,有望进一步提高代谢物的鉴定数量和准确度。全面综述基于质谱的代谢组学数据分析技术,将为开发 新的代谢组学分析方法和挖掘代谢组学数据的生物学意义提供重要的参考和思路。     

植物在非生物胁迫下代谢组学与转录组学的研究进展

在非生物胁迫下,植物主要通过重新配置转录调控网络与代谢网络以维持平衡.近年来代谢组学与转录组学等生物技术的发展,有助于对非生物胁迫下植物体内的代谢物与转录因子等关键组成部分进行鉴定.本文列举了目前用于分析植物代谢组学与转录组学的主要技术及其特点,介绍了代谢组学及转录组学目前在植物抗逆性中的应用.对近年来植物在温度胁迫、...     

植物SnRK1蛋白激酶研究进展

植物SnRK1蛋白激酶与酵母SNF1以及哺乳动物AMPK在结构和功能上同源性较高,以α催化亚基、β和γ调节亚基组成异源三聚体复合物的形式存在。SnRK1蛋白激酶广泛存在于高等植物中,响应环境胁迫、营养匮乏、光暗周期等引起的能量缺失信号。SnRK1是调控植物代谢和能量平衡的重要枢纽,调节光合作用途径相关基因的表达以及蔗糖合成、淀粉合成和降解相关酶编码基因的表达,参与糖代谢途径。此外,SnRK1在植物的生长、发育和胁迫响应中也是重要的调控枢纽。但SnRK1在代谢网络途径的调控非常复杂,很多调节机制还不清楚,亟需进一步的研究。本研究通过对SnRK1蛋白激酶的结构,酶活性的调节机制,及在植物碳氮代谢、生长发育及响应胁迫应答中的调控研究现状进行综述,旨在为进一步研究植物SnRK1的功能提供参考。     

植物生理学回顾与展望

植物生理学是农学的主要学科领域,与作物生产密切相关。本文重点回顾了国际和国内作物生物学发展的历程和科学前辈,并侧重与农业生产密切相关的植物生理学研究,包括光合作用,水分生理、营养生理、逆境生理、激素调控等。近年来,随着分子生物学的发展,植物生理学目前已经进入到多个学科领域,植物基因组、转录组、表观组、蛋白质组、代谢组等研究迅速发展,为大规模解析植物各种复杂的生理过程奠定了基础,也为作物的高产优质多抗育种与绿色栽培创造了条件。     

Biologically active compounds with antioxidant activity in the amaranth red leaves’ extract

Water extract was obtained from amaranth, Amaranthus tricolor L., Valentina variety, red leaves, and the composition of low-molecular metabolites with antioxidant activity and their content were studied. The obtained extract was shown to contain the following antioxidant metabolites: amaranthine, ascorbic acid, phenolic compounds as well as monosaccharides and disaccharides. Accumulation of these compounds in different amaranth plant organs in the course of the plant growth and development was analyzed. The specific feature of antioxidant metabolome of amaranth is high variability of antioxidant metabolite content in leaves, inflorescences, and stems.     

磺胺类抗生素对玉米幼苗生长、生理及代谢组的影响

【目的】研究典型磺胺类抗生素（Sulfonamides,SAs）对玉米幼苗生长、生理及代谢组的影响,为进一步探究玉米对SAs的响应机制提供理论依据。【方法】以玉米品种郑单958和掖单13为试验材料,以不添加SAs为对照（0 mg/L）,以终浓度为10、20、30、40和50 mg/L的磺胺甲基嘧啶（SM1）和磺胺二甲基嘧啶（SM2）为处理,测定分析对照及不同处理玉米幼苗的生长和生理指标,并通过气相色谱—质谱联用仪（GC-MS）对玉米幼苗代谢物的含量及种类进行检测。【结果】2种SAs处理后,玉米幼苗的根长、株高、鲜重、干重和叶绿素含量总体上表现出低促高抑的变化趋势。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性被激活,总体变化趋势为先上升后下降。经GC-MS检测出代谢物共70种,主要为有机酸、氨基酸、糖类及其衍生物和其他代谢物,将筛选到的12种差异代谢物富集到代谢通路上,结果映射得出7条显著的代谢路径:氨酰基-tRNA的生物合成,氰氨基酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,乙醛酸和二羧酸的代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,异喹啉生物碱的生物合成。【结论】SAs对玉米幼苗生长和生理指标的影响呈低促高抑的效果。高浓度SAs使玉米幼苗生长受抑,光合色素含量降低,遭受氧化损伤,具有不可忽视的生态毒性。氨基酸类代谢物为玉米幼苗响应SAs的关键代谢物。郑单958对SAs的耐性比掖单13强。     

高等植物脂氧合酶研究进展

脂氧合酶是植物十八碳酸代谢途径的关键酶,在不同高等植物中脂氧合酶生理特性略有不同。该酶作用的产物对植物的生长发育及其对环境胁迫的反应具有重要的影响,一直是人们研究的热点。因此,文章就高等植物脂氧合酶酶学特性、生理学功能及分子生物学方面的研究进展进行了综述。     

茉莉酸对植物花器官发育和叶片衰老的分子调控研究进展

茉莉酸（JA）在植物的生长发育过程中发挥了重要的作用。重点介绍了JA在植物花器官发育和叶片衰老中的作用及其调控机理,从分子生物学、生理学等层面综述了JA的最新研究成果,最后提出了JA研究的发展趋势。     

功能基因组学和代谢组学技术在植物次生代谢物合成及调控研究中的应用

植物次生代谢是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果,由初生代谢派生. 萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型,其代谢途径多以代谢频道形式存在,具有种属、生长发育期等特异性. 该文从植物次生代谢物的分类、代谢途径及代谢调控基因工程等方面展开论述,介绍了次生代谢物的生物合成途径,以及利用基因工程等技术对植物次生代谢途径进行遗传改良等方面的研究进展,为全面认识植物代谢网络、合理定位次生代谢及其关键酶、促进野生植物资源可持续利用等提供理论依据.      

丛枝菌根共生体中酚类物质研究

菌根是丛枝菌根真菌侵染植物根系后形成的互惠共生体.在菌根形成过程中诱导植物产生多种酚类物质,如槲皮黄酮、黄酮醇、咖啡酸、对羟基苯甲酸、类黄酮等.酚类物质是植物重要的次生代谢产物,在菌根形成、水分及矿物质营养的吸收、植物生长发育和植物防御机制等方面具有重要作用.主要对丛枝菌根共生过程、植物酚类物质的合成途径、酚类物质的检测方法、酚类物质的生理效应、酚类物质在菌根共生方面的分子作用和酚类物质在寄主植物抗病虫害的作用等方面进行了论述,旨在为深入研究丛枝菌根真菌共生体中植物酚类物质提供依据.     

蛋白质互作组学技术及其在植物 研究中的应用进展

蛋白质互作组学技术是一门鉴定和量化蛋白质与其他代谢物或蛋白质等分子相互作用的前沿技 术,已成为研究植物系统生物学和多组学研究的重要组成部分。近年来,基于质谱的组学技术迅速发展,也促 进蛋白质 - 代谢物相互作用（Protein-metabolite interaction, PMI）、蛋白质 - 蛋白质相互作用（ Protein-protein interaction, PPI）的发现和验证方法取得巨大进步 , 这些蛋白质互作组学技术在功能基因组和功能代谢组研究中 逐渐展示出巨大的应用潜力。系统总结了过去 10 年不同蛋白质互作组学技术（主要包括 PMI 和 PPI）的分析策略, 并详细分析了它们各自的优缺点和适用的相互作用类型,综述了蛋白质互作组学技术在植物研究领域的应用进 展,对植物蛋白质互作组学技术的应用策略和需要攻克的关键技术瓶颈进行了总结。蛋白质互作组学技术的不 断发展将进一步推动植物胞内信号转导及代谢调控通路的解析,而精准解析信号网络中关键相互作用将为植物 自身生长发育以及适应外界环境等机制研究提供重要的信息。