一篇文章教会你转录组联合代谢组怎们写【论文写作】【文献解读】

近年来随着组学技术的快速发展，其成本越来越低，成为科研工作者发文章的利器。

但是目前单一组学的文章很多，分析思路也大体相同。

在这种环境下想突破重围发高分文章还是比较困难的。因此有些科研工作者就开始着手涉及多组学联合分析。

但是多组学联合分析实验该如何设计？

讨论点该怎么选这些都是难题。今

天就跟大家分享一篇植物胁迫下转录组联合代谢组分析的文章，为大家的实验设计提供点新的思路。

这篇文章的题目是Adaptive defence and sensing responses of host plant roots to fungal pathogen attack revealed by transcriptome and metabolome analyses，文章发表在Plant cell and environment上，这是一个一区7.228分的期刊。

下面我们来详细看看文章的主要内容吧。

在植物根部真菌病原体病理系统中，根部感染前后的转录重编程以及植物根部与根部感染病原体之间信号交换过程的性质的研究还比较少。本研究研究了受到Fg（禾谷镰刀菌）感染后Bd（禾本科模式植物短柄草）根中的转录合代谢变化。

1. 材料与方法

1.1  植物、真菌和细菌的生产条件（植物：B. distachyon (Bd) 栽培品种 Bd21-3；真菌：禾谷镰刀菌 (Fg) 分离株野生型 CS3005 和 Tri5 突变体（DON缺陷菌株）；细菌：Escherichia coli Top10 和 Agrobacterium tumefaciens AGL-1 菌株）

1.2  植物转基因（过程很详细，值得写作参考）

1.3 短柄草根部感染实验

1.4 RNA提取与qRT-PCR分析

1.5 RNA-seq和根部转录组分析

1.6 差异表达基因的功能注释

1.7 序列对比与拼接

1.8 根系分泌物提取和非靶向代谢分析

1.9 SWATH 数据采集与分析

1.10    根染色和组织学

2. 结果

2.1 短柄草根对禾谷镰刀菌(Fg)WT（CS3005）和DON缺陷菌株（Tri5突变体）的感染反应不同

为了研究Bd根在防御根病原体中的潜在作用，评估了Fg感染后Bd根的转录变化。总共检测到25,376个转录本。受感染（Bd+FgWT或Bd+Tri5）和模拟根样本的成对比较揭示了一系列差异表达的Bd基因(DEG)。比较真菌诱导的DEG（通过FgWT或Tri5）组中过多的GO术语表明差异在于细胞分解代谢和蛋白质修饰过程以及羧酸和有机酸转运（图1B）。虽然FgWT特异性下调过程主要与高尔基囊泡介导和细胞内转运有关，但脂质生物合成过程、有机物生物合成和转运、肽转运和植物细胞壁生物发生、基因表达、核糖体生物发生、翻译过程仅受根的影响TRI5突变体的感染（图1B和补充数据3）。FgWT和Tri5感染后不同的Bd根转录反应表明DON有助于在Fg感染期间引发宿主反应。

2.2 地下和地上短柄草转录组包含Fg感染后共享的差异调节基因

将当前根组织转录组中的DEG与先前报道的Bd地上组织中的DEG 进行了比较。在不同的比较中可以清楚地区分共享的DEG（图S4）。但Bd根中两种真菌菌株触发的比例相似（图S4）。然后，专注于那些在Bd根和被FgWT或Tri5感染的穗中上调的基因。总共有141个基因属于这一类，其中68个基因与催化活性相关，21个与氧化还原酶活性相关，18个基因与转运蛋白活性相关（补充数据 5）。此此外，我们发现了一组与水杨酸(SA)依赖性防御相关的DEG。这些基因的调控意味着SA信号可能是Bd地下和地上组织的重要组成部分。

2.3 与根防御相关的差异调节的Bd转录因子

当Bd根受到FgWT攻击时，总共有190个推定的TF基因在转录中被显著诱导。在诱导的TFs中，最丰富的组属于WRKY、MYB和ERF家族。为了验证单个TF在针对Fg的根防御中的功能，专注于MYB候选者。构建了包括所有136个Bd MYB蛋白和来自小麦的所有570个MYB蛋白的系统发育树（图2A和补充数据7）。选择了8种小麦MYB TF进行进一步分析，因为它们先前被鉴定为赋予多种小麦病原体抗病性的介质。这些小麦MYB仅与诱导的Bd MYB聚集在一起（图2A），可能反映了来自两种谷物的这些TF的保守防御相关功能。

接下来选择了最高诱导的MYB TF基因BdMYB78作为验证Bd根感染转录组的候选者。在三个独立的BdMYB78过表达（OE）Bd根（图2B和S5）中，与WT和空载体（Ev）转化的根对照相比，在感染7天后观察到FgWT 感染后根坏死显著减少（图2C-D,S5)。在感染7天后，在 BdMYB78-OE根中检测到的通过相对mRNA 水平量化的Fg定植比在WT Bd中检测到的更少（图2D）。

在测试的其他防御标记基因中，包括受TaRIM1正调控的小麦同源物，PR10和编码几丁质酶的Bradi3g26810在BdMYB78-OE根中被显著诱导（图2E），表明BdMYB78在基础防御中的特定调节功能。其他上调的TF基因也可能参与Bd根和Fg之间的战斗。

2.4 Fg在接触前阶段在Bd根中引发的转录变化

为了了解Bd根是否也能在物理接触之前感知真菌病原体的存在，进一步探索了先前报道的Bd根在与Fg物理相互作用之前的转录组数据。在宿主方面，在与Fg物理接触之前，总共发现了357个Bd基因受到不同的调节（图3A）。为了揭示由暴露于Fg的Bd根中鉴定的这些DEG 编码的蛋白质之间的功能联系，生成了蛋白质-蛋白质相互作用网络。相互作用蛋白质的主要簇主要包括编码属于转移酶、转录因子、受体激酶、核糖体生物发生和细胞色素P450单加氧酶家族的蛋白质的上调基因（图3B）。

在Bd根中鉴定的Bd DEG的成对比较（预接触和感染）和没有Fg显示在物理相互作用开始之前已经开始的183个（图3C）和54个（图3D）基因的差异调节。在183个基因中，预测有47个具有转移酶和单加氧酶活性的分子功能（图3C）。15（图3E）和13（图3F）个基因在接触前和感染条件下表现出相反的表达模式。54（图3D）和38个（图3H）基因分别在接触前阶段专门上调和下调。在 54个基因中（图3D），有几个基因与植物激素相关，表明根激素过程中的转录调控发生了改变。

2.5 Fg在物理接触之前改变了Bd根的ROS状态和发育

为了确定在接触前阶段是否在根中产生ROS，使用了两种染色方法，即NBT和HPF染色。如图4A所示，虽然HPF染色激发的荧光信号分布在与Fg相邻的根的检查区域，但与在无病原体条件下生长的根相比，预接触根在顶端分生组织中的荧光降低，反映hROS积累减少。在受感染的根中，由于防御性ROS和hROS的高度积累，HPF染色会产生非常强的信号。因此，hROS的积累似乎在接触前阶段被病原体抑制。相比之下，NBT严重染色Fg感染的根，而预接触和对照根的染色程度相似（图4B），表明在预接触期间根中超氧自由基的产生没有显著变化阶段。

还发现在接触前根部分有更多分裂的中心后生部导管（图4C-D），这是在较老的部分经常观察到的特征。在预接触阶段发现了许多与ROS自由基和细胞伸长相关的下调基因（图4E）。总之，在感知病原体的存在时，根经历了一系列与细胞发育相关的生理和转录变化。

非靶向代谢组揭示了Bd根中Fg感应相关通路的变化

为了进一步表征根对Fg的反应，从处理和对照根中提取根分泌物和接触前代谢物，并使用非靶向代谢组学方法进行分析。使用预测化合物的主成分分析(PCA)评估代谢组学数据。两个主要成分解释了39.9%和18.4%的变化（图5A），表明不同处理中代谢物的总体变化。与Fg预接触的根中的代谢物强烈减少（图5B）。进一步研究中，Fg突变体ΔFgANK1被设定为对照，该突变体被证明缺乏宿主感知，因此不太可能在根和Fg之间的双向通信系统中发挥作用。不同真菌菌株的存在显著影响代谢物丰度，主要由ΔFgANK1诱导的代谢物多于FgWT（图5B-D）。因为ΔFgANK1在宿主感知中受到损害并且不能“隐藏”。

实际上，ΔFgANK1处理中356种预测的宿主化合物的丰度高于FgWT，其中101种与仅Bd的样品相比也被显著诱导（图6A，补充数据14）。代谢组学途径分析表明，这些代谢物主要参与了几种重要的植物次生代谢途径（图6B，补充数据14）。其中最丰富的类别包括几种具有生物活性和防御相关的类别（图6A，补充数据15）。相比之下，ΔFgANK1和WT处理的比较之间减少的代谢物限制在78种，其中35种受到与ΔFgANK1预接触的Bd根的影响，而不是仅Bd的影响（补充数据16）。在将预接触条件与两种Fg菌株进行比较时，仅发现4种化学类别（酮类、糖苷类、色酮和氨基酸及其衍生物）以及硫代葡萄糖苷活化和N-化合物降解途径的富集（图6A-B）。

3. 讨论

3.1 复杂的相互作用强烈影响根的生长和发育以及植物免疫

3.2 DON在不同的谷物组织中可能具有相似的调节功能

3.3 相似的宿主防御机制是否在不同宿主组织中针对Fg起作用

3.4 植物细胞和代谢对病原体攻击的反应与由TF控制的大规模转录重编程有关

3.5 Bd根可能被接近的真菌引发，并引发了根发育的变化

3.6 当Bd根与Fg预接触时，根分泌物的代谢组成发生了显著变化

4. 总结

以上就是文章的介绍，这篇文章在写作方面值得借鉴。关于材料方法写的比较详细，实验设计也很完善。此外讨论点的选择能带给我们很多启发。想仔细学习一下文章的同学扫码获取原文。