转录组多组学在植物领域的应用为我们提供了深入了解植物基因表达调控网络的机会。通过综合分析不同层面的数据，我们能够揭示植物在特定条件下的生物学复杂性。
转录组多组学可用于分析mRNA的表达，揭示mRNA在植物生长、发育和应对逆境等方面的调控作用。这有助于理解基因表达的后转录调控机制。转录组多组学在植物研究中被广泛应用，例如揭示植物对逆境的响应机制、探究植物生长发育的调控网络、研究植物的免疫反应等。这为培育具有抗逆性、高产性和优良品质的新品种提供了理论支持。
总体而言，转录组多组学在植物领域的应用为我们提供了全面解析植物基因表达调控的工具，为理解植物生物学的复杂性和改良农作物提供了重要支持。
1.合成生物学确定了植物底盘中紫杉醇生物合成所需的最小基因集
文献标题：Synthetic biology identifies the minimal gene set required for paclitaxel biosynthesis in a plant chassis
发表期刊：Molecular Plant
影响因子：27.5
发表时间：2023.10
文章链接：DOI: 10.1016/j.molp.2023.10.016
摘 要
二萜紫杉醇（Taxol）是一种化疗药物，被广泛用作治疗多种实体癌的一线疗法。天然来源的紫杉醇供应有限。然而，由于缺乏对紫杉醇生物合成过程中几个特定代谢步骤所涉及基因的了解，因此很难设计出完整的紫杉醇生物合成途径。在本研究中，我们结合使用了转录组学、细胞生物学、代谢组学和通路重组，以确定异源生产紫杉醇所需的完整基因组。我们确定了当前紫杉醇生物合成模型中缺失的步骤，并通过在烟草属植物中的异源表达证实了大部分缺失酶的活性。值得注意的是，我们发现了一种新的 C4β-C20 环氧化酶，它可以克服代谢工程的第一个瓶颈。我们利用之前表征的和新发现的氧化还原酶/氧化酶、紫杉烷 1β- 羟化酶、紫杉烷 9α- 羟化酶、紫杉烷 9α- 二氧化酶和苯丙氨酸-CoA 连接酶，成功地在 N. benthamiana 中生物合成了关键的中间体巴卡丁 III，并将巴卡丁 III 转化为紫杉醇。这些方法结合在一起，建立了类紫杉醇生物合成的代谢途径，并为了解植物生成复杂生物活性代谢物的独特化学过程提供了启示。
2.竹芹自然变异的代谢和转录组学研究确定了油脂改良的目标
文献标题：Metabolic and transcriptomic study of pennycress natural variation identifies targets for oil improvement
发表期刊：Plant Biotechnology Journal
影响因子：13.8
发表时间：2023.9
文章链接：DOI: 10.1111/pbi.14101
摘 要
菥蓂（Thlaspi arvense L.）是十字花科植物，其种子含芥酸较高，适合用作生物柴油和航空燃料。虽然菥蓂是一种冬季一年生植物，可以作为专门的生物能源作物种植，但需要提高其种子含油量，以提高其经济竞争力。作物改良的成功取决于找到生物标记和目标的正确组合，以及最佳的基因工程和/或育种策略。在这项工作中，我们将生物量组成与 22 个菥蓂自然变种发育中胚胎的代谢组学和转录组学研究相结合，以确定油脂改良的目标。所选的品种在成熟时脂肪酸含量从 29% 到 41% 不等。采用皮尔逊相关分析、加权基因共表达网络分析和生物标记物鉴定等互补方法来检测成熟时代谢物水平或基因表达与含油量之间的关联。结果表明，在不影响胚重的情况下，提高种子含油量可同时增加芥酸的比例。研究发现，叶绿体的碳分配、脂质代谢、光合作用以及对氮供应的严格控制等过程是提高菥蓂子含油量的关键。除了确定具体的目标外，我们的研究结果还为调整这些目标的最佳时机提供了指导。
3.整合转录组学和代谢组学揭示了镉胁迫下雌蕊层的关键代谢途径反应
文献标题：Integrated transcriptomics and metabolomics reveal key metabolic pathway responses in Pistia stratiotes under Cd stress
发表期刊：Journal of Hazardous Materials
影响因子：13.6
发表时间：2023.6
文章链接：DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131214
摘 要
镉（Cd）能干扰植物基因表达，改变代谢产物含量，影响植物生长。本研究对暴露于Cd胁迫的雌蕊根组织进行非靶向代谢组学（LC-MS）和RNA-Seq测序。结果表明：镉胁迫影响了镉在植物体内的积累和转运，使可溶性糖含量、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化物酶（POD）活性平均提高了34.89%、41.45%和6.71%，使超氧化物歧化酶（SOD）活性平均降低了51.51%。同时，类胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b的含量分别下降了29.52%、20.11%和13.14%，从而影响了植物的生长发育。代谢组学分析表明，Cd胁迫影响8条代谢途径，涉及27种差异表达代谢产物，主要包括不饱和脂肪酸、氨基酸（苯丙氨酸）、核苷酸、硫化合物和黄酮类化合物。通过转录组分析，共鉴定出3107个差异表达基因（DEGs、2666个上调基因和441个下调基因），主要参与4条途径，其中谷胱甘肽代谢和木质素生物合成是关键代谢途径。综上所述，本研究通过多组学揭示了层状松对Cd胁迫的代谢和转录响应机制，为Cd污染水体的植物修复提供了理论依据。
参考文献
Zhang Y, Wiese L, Fang H, Alseekh S, Perez de Souza L, Scossa F, Molloy J, Christmann M, Fernie AR. Synthetic biology identifies the minimal gene set required for paclitaxel biosynthesis in a plant chassis. Mol Plant. 2023 Dec 4;16(12):1951-1961. doi: 10.1016/j.molp.2023.10.016. Epub 2023 Oct 28. PMID: 37897038.
Arias CL, García Navarrete LT, Mukundi E, Swanson T, Yang F, Hernandez J, Grotewold E, Alonso AP. Metabolic and transcriptomic study of pennycress natural variation identifies targets for oil improvement. Plant Biotechnol J. 2023 Sep;21(9):1887-1903. doi: 10.1111/pbi.14101. Epub 2023 Jun 19. PMID: 37335591; PMCID: PMC10440992.
Wei Z, Zhongbing C, Xiuqin Y, Luying S, Huan M, Sixi Z. Integrated transcriptomics and metabolomics reveal key metabolic pathway responses in Pistia stratiotes under Cd stress. J Hazard Mater. 2023 Jun 15;452:131214. doi: 10.1016/j.jhazmat.2023.131214. Epub 2023 Mar 15. PMID: 36989786.
