植物激素基因高级分析来啦~

news2024/12/31 6:22:07

很多植物转录组学文章中，都有整合激素相关基因和表达数据的pathway图，直观地展示通路及其中重要基因的位置和功能。

植物激素（Phytohormone）亦称植物天然激素或植物内源激素，是指植物体内产生的一些微量而能调节（促进、抑制）自身生理过程的有机化合物。

植物激素是植物细胞接受特定环境信号诱导产生的、低浓度时可调节植物生理反应的活性物质，主要为简单的小分子有机化合物。在细胞分裂与伸长、组织与器官分化、开花与结实、成熟与衰老、休眠与萌发以及离体组织培养等方面，分别或相互协调地调控植物的生长发育与分化。

已知植物体内产生的激素有六大类，即生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和油菜素甾醇。

1、生长素

生长素在低等和高等植物中普遍存在。生长素主要集中在幼嫩、正生长的部位。

低浓度的生长素有促进器官伸长的作用。还能促进RNA和蛋白质的合成，促进细胞的分裂与分化。

2、赤霉素

高等植物中的赤霉素主要存在于幼根、幼叶、幼嫩种子和果实等部位。

赤霉素最显著的效应是促进植物茎伸长。赤霉素还可促进果实发育和单性结实，打破块茎和种子的休眠，促进发芽。

3、细胞分裂素

高等植物细胞分裂素存在于植物的根、叶、种子、果实等部位。

细胞分裂素可促进芽的分化。

4、脱落酸

脱落酸存在于植物的叶、休眠芽、成熟种子中。

抑制细胞分裂，促进叶和果实的衰老和脱落。与赤霉素有拮抗作用。

5、乙烯

乙烯广泛存在于植物的各种组织、器官中，是由蛋氨酸在供氧充足的条件下转化而成的。促进果实成熟，促进器官脱落和衰老。

6、其他激素

主要有油菜素甾醇、水杨酸、茉莉酸等，比较公认的第六大类植物激素是油菜素甾醇（Brassinosteroid）。

在文章中，常见的植物激素通路分析图有两种形式：

①在 KEGG pathway 的通路图基础上将通路中的基因用不同颜色来展示上下调情况。

②简化后绘制一条仅包含关键步骤和关键基因的模式图，将关键基因在转录组数据中的表达量情况用热图形式展示。

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图部分植物激素生物合成和信号转导相关通路的信息

接下来的两篇文献具体来展示：

文献1

RIKEN可持续资源科学中心近期在《Plant Cell Physiol》期刊上(IF=4.973)发表的“Hormone Distribution and Transcriptome Profiles in Bamboo Shoots Provide Insights on Bamboo Stem Emergence and Growth”研究论文中，发现整合了竹茎生长起始过程中激素和转录组程序的空间调控。

为了解竹茎生长的开始情况，对毛竹 Phyllostachys edulis 新伸长枝条的组织区域进行了激素和转录组谱分析。生长素、细胞分裂素和赤霉素在茎尖积累，而胁迫激素ABA、水杨酸 (SA) 和茉莉酸 (JA) 主要存在于茎下部。茎的成熟基部表现出与细胞壁代谢和苯丙素代谢产物（如木质素）生物合成相关的转录本富集。

图竹笋中植物激素的生物合成和分布

图激素代谢相关基因的表达，热图为负责7种植物激素代谢关键步骤基因的相对表达量

文献2

在《the Plant Journal》期刊上(IF=7.091)发表的“Analysis of plant hormone profiles in response to moderate dehydration stress”研究论文中，转录组分析揭示了激素相关基因在脱水诱导植物反应过程中代谢和信号传导中的重要作用。

为了了解植物激素的作用及其在脱水过程中的相互作用，分析了拟南芥野生型 (WT) 和脱落酸 (ABA) 生物合成突变体 (nced3-2) 中脱水反应相关的植物激素谱。开发了一种中度脱水实验方法，然后研究了ABA、茉莉酸异亮氨酸 (JA-Ile)、水杨酸 (SA)、细胞分裂素 (tZ)、生长素 (IAA) 和赤霉素 (GA4) 特征的时间变化，同时实验也控制了激素生物合成的关键基因表达的时间变化。

ABA水平在脱水作用的早期和晚期阶段升高。JA-Ile 水平在 WT 植株中略有增加，在脱水开始后 72 h，JA-Ile 水平在nced3-2 突变植株中强烈增加。脱水诱导基因的表达谱以 ABA 依赖的方式表现出不同的时间反应。参与主要 ABA 调节途径的因子，包括 ABA 应答元件结合 (AREB/ABF) 转录因子。JA-Ile、SA和 tZ 在脱水反应后期受到负调控。