综合转录组学和代谢组学分析揭示了菜豆响应冷胁迫的关键调控网络

文章链接:https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-023-04094-1 一、实验样本准备 实验物种:冷敏感菜豆品种093和抗冷菜豆品种120材料处理:将所有菜豆种子在25° 日...

文章链接:https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-023-04094-1

一、实验样本准备
  1. 实验物种:冷敏感菜豆品种093和抗冷菜豆品种120
  2. 材料处理:将所有菜豆种子在25° 日夜光照下培养至生长出三叶后进行分组处理。分为非冷胁迫对照组093CK、非冷胁迫对照组120CK、冷胁迫处理组093T、冷胁迫处理组120T。对照处理3天后,将对照组(25°)和处理组(4°)植株上相同位置叶片在液氮中快速冷却并储存用于提取RNA 。
二、实验分析结果
  1. 探究低温胁迫对菜豆光合指数和MDA(丙二醛)含量的影响。

                a. 测量了冷胁迫对照处理3天后093CK、093T、120CK和120T四组植株的净光合速率 (Pn)、蒸腾速率 (E) 、气孔导度 (C)和MDA浓度。

                b. 得出结论:在冷胁迫处理下,两品种植株的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度都有明显降低;菜豆093在冷胁迫处理下MDA浓度升高,菜豆120在冷胁迫处理下MDA浓度略有;

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        2. 低温胁迫下093和120的代谢组学分析

                a. 将液氮冷冻叶组织进行处理后借助液相色谱质谱仪(LS-MS)检测不同样本中代谢物数据信息。LS-MS共检测到18166种代谢物。最后注释到7670种代谢物。之后对代谢物进行聚类分析和PCA分析。(图ac为正离子模式下检测到的代谢物、图bd为负离子模式下检测到的代谢物)

                b. 得出结论:在聚类热图中,同组重复性样本被聚类到一起,表明重复样本之间的强相关性和数据可靠性;一些代谢物仅在120中积累,一些代谢物仅在093中积累;在PCA图中,同组重复性样本在二维空间内重叠,表明重复样本之间强相关性。

          attachments-2023-05-5mAdxcOV645df20837321.png        3. 低温条件下093和120的代谢物和基因水平比较

                a. 通过上述热图分析,在低温胁迫下两种基因型菜豆之间共观察到 102 个 DEM(差异表达代谢物)。之后通过KEGG数据库对差异代谢物进行注释得到75个差异代谢物信息。绘制了KEGG富集通路散点图a、差异代谢物类别饼状图b、不同类别下代谢物聚类热图cdef。

                b. 得到低温胁迫条件下差异代谢物的具体信息。

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        4. 代谢组和转录组的综合分析

                a. 对093CKvs093T和120CKvs120T两个差异分组做Venn图,并对Venn图中不同区域内DEM进行分类,结果如下图a所示。得出结论:在共有DEM区域分类中,低温胁迫条件下对菜豆响应最多的是氨基酸及其衍生物,其次是脂质及其衍生物;在093品种特有DEM区域分类中,苯丙烷和聚酮化合物对低温胁迫的参与度最高;

                b. 之后对氨基酸及其衍生物类别、脂质及其衍生物类别以及苯丙烷和聚酮化合物类别中的差异代谢物和差异基因分别做聚类热图。如下图bcabcd所示:

attachments-2023-05-eQiq6EBt645df2b03a667.jpg            attachments-2023-05-BwQIrsLM645df2c439020.jpg            5. 通过 qRT-PCR 验证的差异基因表达

                  a. 随机选择了 8 个在低温胁迫下上调的基因,并通过 qRT-PCR 进行了验证。通过 qRT-PCR 获得的基因表达图谱与使用 RNA-Seq 数据获得的基因表达图谱高度相似,证实了RNA-Seq 数据的可靠性。

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  • 发表于 2023-05-12 16:05
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