基于转录组学和代谢组学联合分析草珊瑚萜类化合物生物合成的组织特异性分布

本研究旨在探究草珊瑚叶和根中萜类化合物的组织特异性分布差异,解析其药效品质差异形成的分子机制。采用液相色谱-质谱联用技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术获得草珊瑚[Sarcandra glabra (thunb) naka]叶和根的代谢组学和转录组学数据。代谢组学结果表明参与叶和根中萜类合成的差异代谢物有50个,包括法尼西基半胱氨酸、甘油醛-3-磷酸、甲羟戊酸-5-磷酸等。转录学结果表明差异代谢酶基因有57条,包括ACTC、HMGCR、MVK、DXS与KS等,并预测了MYB、C2H2、AP2/ERF-ERF等7个转录因子参与调控草珊瑚不同组织部位中萜类的合成和积累差异。实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果显示,随机选取的8个参与萜类合成的酶基因在草珊瑚不同组织部位中的表达趋势与转录组学测序结果一致。本研究有助于阐明草珊瑚叶和根临床疗效差异形成的分子机制,同时为草珊瑚的资源开发利用奠定基础。     

结合代谢组学和转录组学分析恶臭假单胞菌Y-9主动稳定胞内外pH的机制

【目的】揭示恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida) Y-9在氨氧化过程中主动调节胞外和胞内pH稳态机制。【方法】在初始pH为7.19和9.40的硝化培养基中培养Y-9生长48 h，利用代谢组学对比分析Y-9氨氧化过程中的显著差异代谢产物并预测解离常数(pKa)；结合转录组学对比分析Y-9氨氧化过程中的显著差异调控基因。【结果】Y-9在初始pH为7.19的相对酸性条件下，产生麦芽糖醇提高胞外pH；通过上调脱氨酶、脱亚胺酶和阳离子转运相关基因在相对酸性环境中的表达来维持细胞内pH稳定性。在初始pH为9.40的碱性条件下，产5-氨基戊酸3和草氨酸等有机酸及酸性物质降低胞外pH；通过调控NADH脱氢酶、细胞色素、ATP合酶和氨基酸转运相关基因的表达来维持细胞内酸度，应对碱性环境。【结论】本研究结果首先发现了Y-9具有稳定胞外pH的能力，探讨了其胞内pH稳态机制，拓展了对微生物与环境相互作用的认知，为进一步认识微生物脱氮过程中系统pH稳定机理提供了理论依据。     

整合转录组学数据的代谢网络研究进展

高通量测序技术的快速发展催生了涵盖各层次细胞生命活动的组学数据,如转录组学数据、蛋白质组学数据和互作组学数据等。同时,全基因组代谢网络模型在不断完善和增多。整合组学数据,对生物细胞的代谢网络进行更深入的模拟分析成为目前微生物系统生物学研究的热点。目前整合转录组学数据进行全基因组代谢网络分析的方法主要以流量平衡分析(FBA)为基础,通过辨识不同条件下基因表达的变化,进而优化目标函数以得到相应的流量分布或代谢模型。本文对整合转录组学数据的FBA分析方法进行总结和比较,并详细阐述了不同方法的优缺点,为分析特定问题选择合适的方法提供参考。     

撤销“代谢组学-转录组学联合分析不同品种柿叶矿物质含量差异”一文的声明

本刊近期收到读者举报,反映余贤美等发表在《生物工程学报》的论文“代谢组学-转录组学联合分析不同品种柿叶矿物质含量差异”(余贤美,王洁,高瑞,龚榜初,艾呈祥.代谢组学-转录组学联合分析不同品种柿叶矿物质含量差异[J].生物工程学报,2023,39(7):2986-3002,DOI:10.13345/j.cjb.220851).     

仁用杏果肉3个发育阶段的转录组分析

仁用杏果肉糖酸比低是造成其鲜食性差的主要原因。该研究以仁用杏‘山苦2号’开花后30、60和90d的果肉为材料,利用RNA-seq对仁用杏果肉进行转录组测序及差异表达基因的筛选,以了解可能与糖酸合成相关的基因及其表达模式,为进一步解析仁用杏果肉糖酸比低的分子调控模式与机制,深入研究仁用杏果肉糖酸代谢转化机制提供依据。结果显示:(1)在仁用杏果肉发育的3个阶段共获得差异表达的单基因簇(unigene)28 989条;根据单基因簇的功能注释,共发掘出19条单基因簇编码5个与仁用杏果肉中糖合成代谢相关的酶,54条单基因簇编码15个与仁用杏果肉中酸合成代谢相关的酶。(2)在所选3个发育阶段的仁用杏果肉中共发现9条与糖代谢相关的单基因簇和27条与酸代谢相关的单基因簇呈现差异表达。(3)编码与蔗糖合成积累相关的蔗糖磷酸酶和蔗糖合成酶的单基因簇主要呈下调表达,而与糖分解相关的果糖激酶和己糖激酶却呈上调表达。(4)与仁用杏果肉中主要有机酸组分苹果酸积累相关的苹果酸脱氢酶主要呈上调表达,而分解苹果酸的苹果酸酶呈下调表达。研究推测,仁用杏果肉在发育中糖积累受阻,而有机酸却得到大量的合成积累,这可能是造成仁用杏果肉糖酸比例小,鲜食口感差的主要内在因素之一。     

花生种皮色素合成相关通路的转录组-代谢组学联合分析

花青素是具有重要生理活性的植物次生代谢产物,而关于花青素合成机制的研究已成为重要的研究热点之一.本研究以花青素类型和含量存在显著差异的紫珍珠、红珍珠、G110和白珍珠为研究材料,取开花后30 d和45 d样品进行转录组、代谢组分析以及双组学联合分析.RNA-Seq分析共鉴定出32805个差异表达基因,KEGG富集通量分...     

基于转录组和代谢组分析马齿苋根茎叶中类黄酮代谢

为获取马齿苋(Portulaca oleracea)类黄酮相关成分及其合成酶基因信息,该实验以马齿苋根、茎和叶为材料,进行代谢组学和转录组学联合分析,并从中选取6个差异表达基因进行qRT-PCR验证分析.结果显示:(1)代谢组分析发现,在马齿苋根、茎和叶中共获得32个类黄酮相关化合物,包括3个异黄酮、8个黄酮醇、11个...     

生态代谢组学研究进展

代谢组学指某一生物系统中产生的或已存在的代谢物组的研究,以质谱和核磁共振技术为分析平台,以信息建模与系统整合为目标。随着代谢组学中的研究方法与技术成为生态学研究的有力工具,生态代谢组学概念应运而生,即研究某一个生物体对环境变化的代谢物组水平的响应。理清代谢组学与生态代谢组学学科发展的脉络,综述代谢组学研究中的常用技术及其优势与局限性,论述代谢组学技术在生态学研究中的应用现状,展望代谢组学技术与其他系统生物学组学技术的结合在生态学中的应用前景,提出生态代谢组学研究者未来要完成的任务和面对的挑战。     

菌物代谢组学应用及存在的问题

代谢组学是一个可灵敏捕捉各种生物或非生物因素导致的供试样本中小分子代谢成分变化及其规律的实验方法,被广泛应用于生理生化、病理药理、生物工程、化学生态等很多方面.由于菌物种群数量庞大、未知结构次生代谢产物众多,严重影响到生物标记物的鉴定和进一步深入分析.为此,在总结目前菌物代谢组研究成果的基础上,结合十年的菌物代谢组学研...     

基于NMR的植物代谢组学技术研究款冬花蕾动态化学成分变化

运用基于核磁共振的植物代谢组学技术对不同发育阶段的款冬花蕾进行了代谢组学分析。首先采用1D和2D NMR图谱对款冬样品的核磁图谱进行了结构指认,共鉴定了40个代谢产物;随后核磁数据导入SMCA-P软件,进行了多元统计分析。主成分分析结果显示,不同发育阶段的款冬花蕾能很好的分开,且呈逐步变化趋势;其中10月、11月、12月的样品在散点图上距离较近,说明这三个时期花蕾的代谢组成接近;而9月（发育初期）和3月（开花后）采集的款冬花样品相距较远,说明这两个阶段的样品化学差异性很大;款冬中的代表性成分含量动态变化柱状图揭示,随着花蕾的发育,蔗糖的含量逐渐降低,到开花后达到最低,而款冬酮的含量逐渐升高,到开花后达到最高。本研究结果与中医传统用药经验是一致的,即花蕾发育初期和开花后其代谢产物组成与传统采收期差异较大,均不能入药。此外,单一款冬酮不能代表款冬花的止咳化痰药效物质基础,其药效的发挥是多种成分协同作用的结果。     

药用植物款冬花芽分化过程观察

实验以不同生长发育阶段的款冬花序芽突起为材料,通过制作石蜡切片,在显微镜下观察款冬花序芽分化各阶段的形态特征。结果表明:款冬花序芽从7月上旬开始花序(盘)分化至十月初小花胚珠分化完成,分化时期可分为分化前期、花盘形成期、花原基分化期、中央花(筒状)花瓣原基分化期、中央花雄蕊原基分化期、中央花雌蕊原基分化期、边缘花(舌状)花瓣原基分化期、边缘花雌蕊原基分化期、中央花花粉分化形成期、子房胚珠分化期共10个时期,阐明了款冬花序芽分化各时期与生长时间的关系。     

Chromane Enantiomers from the Flower Buds of Tussilago farfara L. and Assignments of Their Absolute Configurations

Fourteen chromane derivatives of seven pairs of enantiomers ( 1 – 14 ) have been obtained from the ethanolic extract of the flower buds of Tussilago farfara L. Their structures with absolute configurations have been elucidated by detailed spectroscopic analyses, chemical methods, and particularly comparison of experimental ECD spectra with theoretically computed ones. Biological evaluations revealed that they did not show cytoprotective, antimicrobial, and α ‐ glucosidase inhibitory activities.     

基于色谱技术的款冬花蕾与花梗代谢组成差异分析

本研究拟对款冬花蕾与花梗的化学组成差异进行比较。采用基于气质联用的代谢组学技术对花蕾与花梗的代谢组成差异进行分析,代谢产物的结构指认通过NIST数据库检索和标准品对照确定,GC-MS数据通过XCMS预处理后导入SIMCA-P软件进行多元统计分析;采用超高效液相色谱法对花蕾和花梗中吡咯里西啶生物碱的含量进行测定。结果基于GC-MS的代谢组学分析共鉴定了款冬中54个代谢产物,主成分分析显示款冬花蕾与花梗的代谢组成明显不同。OPLS-DA分析的载荷图显示,与花蕾相比,花梗中肌醇、香橙烯、豆甾醇、棕榈酸等化合物含量较低,而蔗糖、花生四烯酸等含量较高。此外,花蕾中吡咯里西啶生物碱含量为102μg·g-1,明显高于花梗中的含量(64μg·g-1)。款冬花蕾与花梗的化学组成存在较大差异,为了保证中医临床用药的安全有效,药用款冬花中应剔除花梗,并在质量标准检查项中规定花梗限量。     

茶树种子发育过程的转录组分析

该研究以‘铁观音’茶树品种的种子为试验材料,采用转录组测序技术分析种子发育的3个时期(幼果期、膨大期、成熟期)的表达差异,探究茶树种子油脂代谢的分子机制。结果表明:(1)经转录组测序、组装后共获得30 940 581个clean reads,经数据合并拼接最终得到36 951条非冗余Unigene序列,其中28 476个Unigene可得到功能注释;在转录本中能够被注释到GO分类的Unigene有11 201条(30.3%),KEGG分析发现共有17 172个基因参与了127个代谢通路。(2)经KEGG通路筛选出14条与脂肪酸代谢相关的通路,且随着茶籽的发育,大部分脂肪酸调控途径相关基因呈下调趋势,其中上调基因数最多的有α-亚麻酸代谢途径和脂肪酸降解途径(有17个基因表达量上调),下调基因数最多的是甘油磷脂代谢途径(有58个基因表达量下调);在茶籽发育幼果期α-亚麻酸代谢途径中表达量上调的基因数超过表达量下调的基因数。(3)研究发现茶籽脂肪酸合成相关的基因涉及14个脂类调控途径,共409条差异基因;随着茶树种子发育到成熟期,上调的差异表达基因数量在减少,下调的差异表达基因数量增加,其中α-亚麻酸途径中的基因PLA2G16、DAD1、pldA、FabF、FabI表达量上调显著,随后表达量下调。(4)qRT-PCR检测结果表明,7个茶树FAD和1个ACP差异表达基因的水平与转录组测序结果基本一致;随着茶籽的发育,基因CsFAD7和Δ6-CsFAD从幼果期、果实膨大期至果实成熟期都为差异下调表达,CsFAD2、CsFAD6和Δ7-CsFAD为差异上调表达,CsFAD8、Δ8-CsFAD和CsACP在幼果期至果实膨大期差异上调表达,在果实膨大期至果实成熟期差异下调表达。     

玉米几个数量性状在不同发育阶段的基因效应分析

玉米株高、粒重和单株叶数在不同发育阶段的基因效应分析表明,终结性状的基因效应值为不同发育阶段性状净增量基因效应值的代数和,这使不同发育阶段净增量的正负基因效应相互抵消,故使终结性状的基因效应不能充分反映控制该性状的基因(组)在发育过程中的真实作用方式。不同发育阶段基因效应的符号、显著性关系及遗传模型的明显差异被认为是不同发育阶段由不同基因(组)作用的结果。净增量的基因效应估计值表明,显性效应在株高和粒重中比加性效应更重要,而单株叶数则相反;上位性效应普遍存在,其中株高>单株叶数>粒重。     

长苞铁杉林林隙主要树种生态位初步研究

以林隙前、中、后期3个发育阶段的各个林隙为一维资源位状态,利用Shannon-wiener指数、Levins指数及生态位重叠公式,计算林隙不同发育阶段主要树种生态位特征。结果表明,前期生态位宽度从大到小的顺序为:长苞铁杉、米槠、木荷、甜槠、深山含笑、香桂、青冈、猴头杜鹃、山矾、细叶青冈;中期的为:米槠、木荷、长苞铁杉、香桂、深山含笑、山矾、甜槠、猴头杜鹃、青冈、细叶青冈;后期的为:米槠、木荷、长苞铁杉、青冈、山矾、香桂、深山含笑、细叶青冈、甜槠、猴头杜鹃;林隙发育的不同时期主要树种生态位重叠值均较大,但随着林隙的不断发育,主要树种间生态位重叠值有减小的趋势;长苞铁杉在林隙发育的不同阶段与生态位宽度较大的物种有较小的生态位重叠值,而与生态位宽度较小的物种有较大的生态位重叠值。