类靶向代谢组学-经典案例-诺禾致源

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类靶向代谢组学

客户文章|转录组+类靶向代谢——帮你搞定果实颜色变化的机制研究

果实的果肉和果皮颜色往往对其商业价值和观赏价值有巨大的影响力，因此对于影响果实颜色的相关机制的研究一直是热门的研究方向。决定果实颜色变化的物质一般是花青素和原花青素，作为类黄酮代谢产物，它们不仅决定着植物果实、叶片的颜色，还在植物应对生物和非生物胁迫等方面发挥着重要作用。因此对于相关代谢通路的研究是果实颜色变化机制研究的重点，而想要更为高效的进行研究就离不开高通量的组学技术。植物类靶向代谢组是针对植物样本的高通量代谢组检测技术，对于包括类黄酮、花青素等在内的多种植物次生代谢物的检出效果非凡；而转录组对于引起组间差异的目的基因的筛选起到了关键作用；转录组+类靶向代谢的研究思路在果实颜色变化机制的研究中非常的经典实用。

果实颜色变化相关研究流程图

基于此研究思路，小编为大家带来了两篇客户文章，作者是来自四川农业大学园艺学院的汤浩茹教授和陈清教授及其团队，他们对草莓果实的颜色变化机制进行了深入探讨，采用转录组+类靶向代谢的研究思路高效严谨的完成了两篇（累计影响因子20分）高水平文章，这两篇文章中的代谢组学检测均由诺禾致源提供。

客户文章一

苯丙素生物合成的改变导致粉皮白肉草莓的自然形成

Alterations of Phenylpropanoid Biosynthesis Lead to the Natural Formation of Pinkish-Skinned and White-Fleshed Strawberry (Fragaria × ananassa)

发表期刊: International Journal of Molecular Sciences （IF=6.208）
发表时间: 2022年7月
使用组学技术：全转录组、类靶向代谢、类黄酮检测

二、研究思路

三、研究结果

本研究中，作者选择了两个草莓品种——红颜（HY，红皮红肉）和小白（XB，粉皮白肉）来探究引起果皮果肉颜色变化的相关机制。通过直观观察和花青素的含量测定，都可以发现HY草莓的花青素积累高于XB草莓，qPCR结果显示HY草莓中类黄酮生物合成途径中大多数基因表达的水平都要高于XB草莓。而在色素积累中起主导作用的FaMYB10基因序列和表达水平在两个品种草莓中无明显改变，这说明可能是由其他基因变化导致的色素异常积累。为此作者进行了类黄酮物质的检测以进一步研究，发现与XB相比，HY中的天竺葵素和矢车菊素含量较高，说明XB可能在花青素的生物合成阶段就被抑制。结合类靶向代谢的数据，作者发现XB中抑制花青素生物合成的步骤可能位于苯丙素生物合成途径的PAL到ANS之间。接下来通过全转录组测序数据发现关键基因为该通路中的C4H。将代谢组学和转录组学数据关联分析进一步说明了C4H基因是导致差异的关键。而为了验证以上结论，在XB中过表达FaC4H基因，发现果肉中花青素含量恢复积累，说明了FaC4H的抑制可能直接影响XB果肉的花青素生物合成。最后对HY和XB的FaC4H启动子序列进行了扩增和甲基化检测，发现FaC4H的转录抑制不是由启动子甲基化，lncRNA或microRNA直接引起的。图1 HY和XB草莓转录组和代谢组学数据

客户文章二

R2R3-MYB转录因子FaMYB5调控草莓中花青素和原花青素的生物合成

A novel R2R3-MYB transcription factor FaMYB5 positively regulates anthocyanin and proanthocyanidin biosynthesis in cultivated strawberries (Fragaria × ananassa)

发表期刊: PLANT BIOTECHNOLOGY JOURNAL（IF=13.263）
发表时间: 2023年2月
使用组学技术：全转录组、类靶向代谢、类黄酮检测

二、研究思路

三、研究结果

本研究中，作者报道了一种R2R3-MYB转录因子——FaMYB5，通过四个草莓品种——红颜、小白、白雪公主和丰香进行了相关研究。发现与FaMYB10主要在果实中表达不同的是，R2R3-FaMYB5在不同组织中组成性表达。对R2R3-FaMYB5进行过表达（OE），通过花青素含量的检测发现其可以增强草莓果实中的色素积累。qPCR结果显示R2R3-FaMYB5可以提高大多数生物合成基因的表达，这些基因的上调与花青素和原花青素的增加趋势一致，说明R2R3-FaMYB5能促进草莓果实中花青素和原花青素的积累。为了确定R2R3-FaMYB5对代谢物的影响，作者通过类靶向代谢检测对类黄酮和其他代谢物进行了分析，苯丙氨酸和对香豆酸的水平增加保证了类黄酮物质的大量积累，并且R2R3-FaMYB5可以调节木质素生物合成在内的酚类物质代谢途径。全转录组的数据则从基因层面说明了R2R3-FaMYB5参与了木质素、花青素和原花青素的调节，并且R2R3-FaMYB5的过表达可以反式激活草莓果实中的F3'H和LAR以调节花青素和原花青素的积累。随后作者发现myb10突变体品种（白雪公主）中R2R3-FaMYB5也可以过表达，但果实仍不积累花青素，这主要是R2R3-FaMYB5不能促进TT19的表达。FaMYB5是一种参与MBW组成的R2R3-MYB激活剂，它可以对花青素和原花青素的生物合成途径进行调节。这些发现为草莓果实中调节类黄酮的分子机制提供了新的见解。

参考文献

[1] Leiyu Jiang, Maolan Yue, Yongqiang Liu, et al. Alterations of Phenylpropanoid Biosynthesis Lead to the Natural Formation of Pinkish-Skinned and White-Fleshed Strawberry ( Fragaria × ananassa)[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2022, 23(13):7375.
[2] Y Leiyu Jiang, Maolan Yue, Yongqiang Liu, et al. A novel R2R3-MYB transcription factor FaMYB5 positively regulates anthocyanin and proanthocyanidin biosynthesis in cultivated strawberries (Fragaria × ananassa) [J]. PLANT BIOTECHNOLOGY JOURNAL, 2023.