伯豪客戶發(fā)現(xiàn)楊樹適應(yīng)氮條件的轉(zhuǎn)錄組調(diào)控新機(jī)制
背景簡(jiǎn)介
楊樹是一種快速生長(zhǎng)的木本植物，在CO2固定以及生物質(zhì)能方面發(fā)揮著巨大的潛能。但是楊樹人工林通常位于缺氮的貧瘠地區(qū)。因此，楊樹人工林往往需要額外施加氮肥來(lái)提高產(chǎn)量。之前的研究從形態(tài)生理分子調(diào)控等方面報(bào)道了楊樹對(duì)低或高氮的響應(yīng)，但是，楊樹根和葉在適應(yīng)低氮和高氮條件下以形態(tài)生理為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄組調(diào)控機(jī)制尚不清楚。
文章亮點(diǎn)
本研究利用RNA測(cè)序技術(shù)(該研究中RNA測(cè)序服務(wù)由上海伯豪生物技術(shù)有限公司提供)，分析了低氮和高氮條件下楊樹根和葉中轉(zhuǎn)錄組變化情況，發(fā)現(xiàn)總共有992個(gè)基因發(fā)生了差異表達(dá)，各個(gè)條件下的差異表達(dá)基因中大約30~40%構(gòu)成了一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心基因通過(guò)位于啟動(dòng)子區(qū)域的保守順時(shí)作用元件協(xié)同調(diào)控。氮饑餓和過(guò)剩條件下，基因本體論（gene ontology，GO）分析顯示離子轉(zhuǎn)運(yùn)和對(duì)生長(zhǎng)素刺激響應(yīng)在根中富集，而對(duì)脫落酸刺激的響應(yīng)在葉中顯著地富集。所有處理中根和葉都顯著富集的GO是發(fā)育，氮代謝，對(duì)脅迫和激素刺激的響應(yīng)。與植物激素代謝相關(guān)基因差異表達(dá)相一致，氮素缺乏使小葉楊根中ABA，GA3，JA和SA含量，以及葉中ABA和JA含量減少，同時(shí)高氮使根中IAA和SA含量，以及葉中IAA含量減少，同時(shí)使根和葉中ABA和JA含量提高。這些結(jié)果表明協(xié)同表達(dá)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的全轉(zhuǎn)錄組重編碼在楊樹根和葉適應(yīng)低氮和高氮過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。
結(jié)果解析
低氮和高氮使小葉楊根和葉中大量基因發(fā)生了差異表達(dá)。
各個(gè)條件下，大約有30~40%的差異表達(dá)基因構(gòu)成了一個(gè)協(xié)同表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的核心基因涉及RNA調(diào)控，脅迫響應(yīng)，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及光合作用，表明協(xié)同表達(dá)基因網(wǎng)絡(luò)在小葉楊根和葉適應(yīng)低氮和高氮的形態(tài)生理響應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。
通過(guò)對(duì)核心基因5’非編碼區(qū)列進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)了一些保守的基序，這些基序中存在著大量和氮相關(guān)的順式作用元件，表明根和葉中的這些核心基因可能是通過(guò)存在于5’非編碼區(qū)的順式作用元件協(xié)同表達(dá)的。
小葉楊根和葉適應(yīng)氮饑餓和過(guò)剩的模式圖。土壤中的NH4+和NO3-通過(guò)AMTs和NRTs吸收進(jìn)入植物體內(nèi)，而AMTs和NRTs的表達(dá)受到環(huán)境中N水平的調(diào)控。進(jìn)入根中的NH4+和NO3-通過(guò)初級(jí)N同化轉(zhuǎn)變?yōu)镚lu和Gln，隨后，Glu和Gln轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌被�。根中的氨基酸和無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)運(yùn)至葉，從而構(gòu)成葉的N庫(kù)。N水平變化影響了激素的變化，進(jìn)而激活相應(yīng)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，調(diào)控根和葉的形態(tài)特征。楊樹體內(nèi)N水平的改變可能作為內(nèi)部脅迫信號(hào)激活激素調(diào)控的信號(hào)通路，進(jìn)而導(dǎo)致脅迫響應(yīng)。
以上文章的結(jié)果和圖表引自：
Jie Luo, Jing Zhou, Hong Li, Wenguang Shi, Andrea Polle, Mengzhu Lu, Xiaomei Sun, Zhi-Bin Luo (2015) Global poplar root and leaf transcriptomes reveal links between growth and stress responses under nitrogen starvation and excess. Tree Physiology. doi:10.1093/treephys/tpv091.
Jie Luo, Jing Zhou, Hong Li, Wenguang Shi, Andrea Polle, Mengzhu Lu, Xiaomei Sun, Zhi-Bin Luo (2015) Global poplar root and leaf transcriptomes reveal links between growth and stress responses under nitrogen starvation and excess. Tree Physiology. doi:10.1093/treephys/tpv091.
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