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「青莲百奥客户文章」一叶知秋,能否知其衰老?

2021-04-15 00:00:00

好消息,青莲客户又喜提高分文章啦!202126日,植物学知名期刊The Plant CellIF9.618在线发表了来自北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心和南方科技大学的合作团队共同完成的关于林木叶片衰老的题为“An Alternative Splicing Variant of PtRD26 Delays Leaf Senescence by Regulating Multiple NAC Transcription Factors in Populus”的研究论文,该研究揭示了毛白杨秋季叶片衰老调控的新机制。荣幸的是,青莲百奥技术支持了文章中LC-MS检测工作。下面跟着小编一起来看看文章的重要发现吧。

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在叶片发育的阶段,即叶片衰老过程中,营养物质会被转运到其它器官中得以循环利用,因此正确调控叶片衰老对于植物的适应能力至关重要。尽管目前对于一年生植物的衰老研究已经十分深入了,但是控制多年生木本植物的叶片衰老机制还不清楚。在该研究中,作者通过RNA测序技术获得了毛果杨秋季叶片衰老的高分辨率时间转录图谱数据。通过共表达网络分析,作者发现衰老相关的NAC家族转录因子调控秋季叶片衰老,并提出一个年龄依赖性的衰老相关NAC转录因子内含子滞留的增加是精细调节树木叶片衰老分子机制的调控程序。


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研究思路

01

样本策略

总共在16个时间点(从2018922日至1117日起),从三棵田间生长的毛白杨树木(树A、树B和树C)收集的48个叶片样品;


02

主要技术策略

RNA-seq


01

功能验证策略

LC-MS质谱检测(青莲提供技术支持)qPCRChIP生化分析等。



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结果分析

杨树秋叶衰老相关的转录本的高分辨率时空分析
为了探究木本植物叶片衰老调节机制,该研究以毛白杨(Populus tomentosa) 为材料,通过高密度时间梯度追踪秋季叶片衰老过程中基因表达情况。通过对所有样本中检测到的14,776个差异表达基因(DEGs)的无监督分层聚类分析,确定了三个主要样本簇:成熟期(M)、早期衰老阶段(ES)、和晚期衰老阶段(LS)(图1D)。为了进一步了解随着秋叶衰老而发生的功能转变,采用分层聚类将DEGs聚类为八个子集(表示为C1C8)(图1E)。共鉴定到3459个(C1-C3)秋季叶片衰老相关基因(autumn senescence-associated genes, ASAGs),这些基因被整合在植物叶片衰老数据库(https://bigd.big.ac.cn/lsd/),为研究木本植物衰老提供了丰富的数据资源。

1.与杨树秋叶衰老相关的转录本的高分辨率时空分析


基因共表达网络分析鉴定Hub TFs
为了确定核心转录因子(Hub TFs),研究人员对285个衰老相关转录因子(Sen-TFs)和3,174ASAGs进行了加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)。共鉴定到31个家族115个衰老相关核心转录因子(Senescence-associated hub transcription factor, Sen-Hub TFs)。其中,16 Sen-hub TFs~14%)是NAC家族TFSen-NAC TFs),表明NAC TFs在调秋叶叶片衰老中具有重要作用。

2.使用共表达网络分析识别Sen-hub TFs


PtRD26的功能探究

PtRD26在所有Sen-hub TFs中显示出的表达水平,因此研究人员进一步探究了该基因的调控作用。基因克隆发现随着叶片衰老的进展,PtRD26基因的个内含子发生了滞留事件(intron-retention, IR),分子遗传分析发现该选择性剪切版本的mRNA不被NMD途径降解,产生了截短的多肽PtRD26IRPtRD26IR定位于细胞质并且只保留了NAC TF的蛋白互作区域。为了进一步确认PtRD26IR的存在,对从非衰老和衰老叶片中提取蛋白进行串联质谱分析(图3C)。在4种预期的肽中,在衰老叶片中检测到2个,而在非衰老叶片中未检测到,这强烈支持了PtRD26IR在叶片衰老时的存在

生化分析发现,PtRD26IR通过与正常剪切版本的PtRD26蛋白互作,抑制其结合靶基因。同时,PtRD26IR还可与其他Sen-Hub NAC TFs相互作用,从细胞质转移到细胞核,抑制其活性,形成一个多重反馈调控环。功能分析发现,PtRD26通过调控多个Sen-hub TF进而促进叶片衰老,而PtRD26IR可以抑制叶片衰老。当两者同时表达时,PtRD26IR抑制PtRD26诱导的叶片衰老过程,起到刹车的作用。

3.叶片衰老过程中PtRD26可变剪接变体的鉴定和功能分析


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总结

总的来说,该研究通过RNA-seq分析确定了叶片衰老相关转录因子(Sen-hub TFs),PtRD26在所有Sen-hub TFs中显示出的表达水平,因此研究人员进一步探究了该基因的调控作用。PtRD26通过调控下游靶基因促进叶片衰老,同时产生选择性剪切变体PtRD26IR抑制自身和其他Sen-Hub TF以延缓叶片衰老,保障叶片衰老的正常起始和进展,进而保障衰老叶片营养物质的正常回运。该研究发现了调控叶片衰老的新机制,为通过精准分子育种培育速生林木提供了理论依据和技术支持。

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PtRD26的剪切变体通过调节杨树中的多个NAC转录因子来延迟叶片衰老

期刊名称:The Plant Cell

IF9.618

样本选择:杨树叶片

技术策略:RNA-seqLC-MS


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