代謝組學(xué)助力植物生長(cháng)發(fā)育研究

植物作為固著(zhù)生物，在其生長(cháng)發(fā)育過(guò)程中會(huì )積累大量的代謝產(chǎn)物，以適應不斷變化的環(huán)境和各種脅迫。代謝物檢測已經(jīng)應用于植物生物學(xué)的不同方面，然而以往的大多數研究都是集中在整株植物或者特定單一組織上，使得有效地找到控制代謝產(chǎn)物變得困難。利用代謝組分析成為識別代謝途徑一種高效方式；因此覆蓋整個(gè)生育期的代謝組是分析代謝豐度相關(guān)因素的有效工具。
我們將通過(guò)幾篇文獻為大家概述代謝組學(xué)在植物生育期研究中的應用。

案例一

中文題目：水稻全生育周期的代謝調控網(wǎng)絡(luò )

研究對象：珍汕97和明恢63兩個(gè)品種水稻20個(gè)不同組織

研究技術(shù)：代謝組學(xué)、轉錄組學(xué)

技術(shù)路線(xiàn)：

研究結論：

該研究利用代謝組和轉錄組聯(lián)合分析，對秈稻品種珍汕97和明恢63整個(gè)生命周期不同組織的樣品進(jìn)行測定，結合轉錄和代謝數據構建了水稻全生育期主要組織器官的代謝調控網(wǎng)絡(luò )（RMRN）并精準識別了調節關(guān)鍵代謝產(chǎn)物積累的調控基因，利用已知的轉錄因子作為誘餌來(lái)篩選木質(zhì)素代謝新的調控網(wǎng)絡(luò )，以及根據組織特異性無(wú)偏見(jiàn)地識別新的甘油磷脂代謝調控因子。該研究不僅對水稻基礎研究和育種實(shí)踐具有重要意義，大數據資源促進(jìn)水稻生長(cháng)調控、抗性和營(yíng)養品質(zhì)方面的改良研究。并對其他作物全生育期代謝組學(xué)研究提供借鑒。

甘油磷脂代謝

案例二

中文題目：MicroTom代謝網(wǎng)絡(luò )：在整個(gè)生長(cháng)周期重新連接番茄代謝網(wǎng)路調控

研究對象：番茄組織（根、根、莖、葉、花苞、花）和果皮（果實(shí)發(fā)育9個(gè)階段）

研究技術(shù)：代謝組學(xué)、轉錄組學(xué)

技術(shù)路線(xiàn)：

研究結論：

利用番茄代謝組和轉錄組數據集，通過(guò)整合番茄20個(gè)組織和發(fā)育時(shí)期的代謝組和轉錄組數據，繪制了番茄整個(gè)生長(cháng)發(fā)育過(guò)程中主要代謝變化的整體圖譜，同時(shí)還發(fā)現調節重要次級代謝產(chǎn)物（類(lèi)黃酮和甾體類(lèi)生物堿）合成的關(guān)鍵調控因子，為深入解析番茄主要代謝物的轉錄調控網(wǎng)絡(luò )奠定了基礎，并為模式和非模式植物代謝調控的深入研究提供了新思路。

代謝物和基因層次聚類(lèi)分析和PCA分析

案例三

中文題目：代謝組學(xué)和激光共聚焦顯微鏡(CLSM)分析揭示長(cháng)柄扁桃葉生長(cháng)過(guò)程中黃酮類(lèi)化合物的重要作用

研究對象：長(cháng)柄扁桃葉開(kāi)花期（AP1）、果實(shí)形成期（AP2）、果核期(AP3、AP4)和果實(shí)成熟期(AP5、AP6)的葉子；

研究技術(shù)：代謝組學(xué)、激光共聚焦顯微鏡

研究結論：

通過(guò)非靶向代謝組學(xué)（UPLC-QTOF-MS）和CLSM（超高壓液相-飛行時(shí)間質(zhì)譜和激光共聚焦）研究方法，發(fā)現長(cháng)柄扁桃葉生長(cháng)過(guò)程中黃酮類(lèi)化合物的積累特征，探究黃酮類(lèi)化合物在葉中的積累與果實(shí)的發(fā)育和成熟的相關(guān)性，描繪了代謝組圖譜，為長(cháng)柄扁桃的綜合開(kāi)發(fā)提供了理論依據。

不同生長(cháng)期長(cháng)柄扁桃葉中黃酮類(lèi)化合物的代謝途徑

總結

以上文獻通過(guò)分析作物整個(gè)生命周期代謝組數據構建的代謝調控網(wǎng)絡(luò )數據集可用于識別關(guān)鍵代謝產(chǎn)物調控的調節基因，在其他物種中使用這種研究策略可能會(huì )極大地幫助理解這些物種內重要農藝性狀的潛在機制。

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參考文獻：

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