伯豪客戶發現楊樹適應氮條件的轉錄組調控新機制
背景簡介
楊樹是一種快速生長的木本植物，在CO2固定以及生物質能方面發揮著巨大的潛能。但是楊樹人工林通常位于缺氮的貧瘠地區。因此，楊樹人工林往往需要額外施加氮肥來提高產量。之前的研究從形態生理分子調控等方面報道了楊樹對低或高氮的響應，但是，楊樹根和葉在適應低氮和高氮條件下以形態生理為基礎的轉錄組調控機制尚不清楚。
文章亮點
本研究利用RNA測序技術(該研究中RNA測序服務由上海伯豪生物技術有限公司提供)，分析了低氮和高氮條件下楊樹根和葉中轉錄組變化情況，發現總共有992個基因發生了差異表達，各個條件下的差異表達基因中大約30~40%構成了一個轉錄調控網絡。轉錄調控網絡中的核心基因通過位于啟動子區域的保守順時作用元件協同調控。氮饑餓和過剩條件下，基因本體論（gene ontology，GO）分析顯示離子轉運和對生長素刺激響應在根中富集，而對脫落酸刺激的響應在葉中顯著地富集。所有處理中根和葉都顯著富集的GO是發育，氮代謝，對脅迫和激素刺激的響應。與植物激素代謝相關基因差異表達相一致，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，同時高氮使根中IAA和SA含量，以及葉中IAA含量減少，同時使根和葉中ABA和JA含量提高。這些結果表明協同表達網絡調控的全轉錄組重編碼在楊樹根和葉適應低氮和高氮過程中發揮著重要作用。
結果解析
低氮和高氮使小葉楊根和葉中大量基因發生了差異表達。
各個條件下，大約有30~40%的差異表達基因構成了一個協同表達網絡。網絡中的核心基因涉及RNA調控，脅迫響應，信號轉導以及光合作用，表明協同表達基因網絡在小葉楊根和葉適應低氮和高氮的形態生理響應過程中發揮著重要的作用。
通過對核心基因5’非編碼區列進行分析，我們發現了一些保守的基序，這些基序中存在著大量和氮相關的順式作用元件，表明根和葉中的這些核心基因可能是通過存在于5’非編碼區的順式作用元件協同表達的。
小葉楊根和葉適應氮饑餓和過剩的模式圖。土壤中的NH4+和NO3-通過AMTs和NRTs吸收進入植物體內，而AMTs和NRTs的表達受到環境中N水平的調控。進入根中的NH4+和NO3-通過初級N同化轉變為Glu和Gln，隨后，Glu和Gln轉變為其他氨基酸。根中的氨基酸和無機氮轉運至葉，從而構成葉的N庫。N水平變化影響了激素的變化，進而激活相應的信號級聯反應，調控根和葉的形態特征。楊樹體內N水平的改變可能作為內部脅迫信號激活激素調控的信號通路，進而導致脅迫響應。
以上文章的結果和圖表引自：
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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