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    「青蓮百奧客戶文章」一葉知秋,能否知其衰老?

    2021-04-15 00:00:00

    好消息,青蓮客戶又喜提高分文章啦!202126日,植物學知名期刊The Plant CellIF9.618在線發表了來自北京林業大學林木分子設計育種高精尖創新中心和南方科技大學的合作團隊共同完成的關于林木葉片衰老的題為“An Alternative Splicing Variant of PtRD26 Delays Leaf Senescence by Regulating Multiple NAC Transcription Factors in Populus”的研究論文,該研究揭示了毛白楊秋季葉片衰老調控的新機制。榮幸的是,青蓮百奧技術支持了文章中LC-MS檢測工作。下面跟著小編一起來看看文章的重要發現吧。

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    在葉片發育的最后階段,即葉片衰老過程中,營養物質會被轉運到其它器官中得以循環利用,因此正確調控葉片衰老對于植物的適應能力至關重要。盡管目前對于一年生植物的衰老研究已經十分深入了,但是控制多年生木本植物的葉片衰老機制還不清楚。在該研究中,作者通過RNA測序技術獲得了毛果楊秋季葉片衰老的高分辨率時間轉錄圖譜數據。通過共表達網絡分析,作者發現衰老相關的NAC家族轉錄因子調控秋季葉片衰老,并提出一個年齡依賴性的衰老相關NAC轉錄因子內含子滯留的增加是精細調節樹木葉片衰老分子機制的調控程序。


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    研究思路

    01

    樣本策略

    總共在16個時間點(從2018922日至1117日起),從三棵田間生長的毛白楊樹木(樹A、樹B和樹C)收集的48個葉片樣品;


    02

    主要技術策略

    RNA-seq;


    01

    功能驗證策略

    LC-MS質譜檢測(青蓮提供技術支持)、qPCR、ChIP、生化分析等。



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    結果分析

    楊樹秋葉衰老相關的轉錄本的高分辨率時空分析
    為了探究木本植物葉片衰老調節機制,該研究以毛白楊(Populus tomentosa) 為材料,通過高密度時間梯度追蹤秋季葉片衰老過程中基因表達情況。通過對所有樣本中檢測到的14,776個差異表達基因(DEGs)的無監督分層聚類分析,確定了三個主要樣本簇:成熟期(M)、早期衰老階段(ES)、和晚期衰老階段(LS)(圖1D)。為了進一步了解隨著秋葉衰老而發生的功能轉變,采用分層聚類將DEGs聚類為八個子集(表示為C1C8)(圖1E)。共鑒定到3459個(C1-C3)秋季葉片衰老相關基因(autumn senescence-associated genes, ASAGs),這些基因被整合在植物葉片衰老數據庫(https://bigd.big.ac.cn/lsd/),為研究木本植物衰老提供了豐富的數據資源。

    1.與楊樹秋葉衰老相關的轉錄本的高分辨率時空分析


    基因共表達網絡分析鑒定Hub TFs
    為了確定核心轉錄因子(Hub TFs),研究人員對285個衰老相關轉錄因子(Sen-TFs)和3,174ASAGs進行了加權基因共表達網絡分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)。共鑒定到31個家族115個衰老相關核心轉錄因子(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在調秋葉葉片衰老中具有重要作用。

    2.使用共表達網絡分析識別Sen-hub TFs


    PtRD26的功能探究

    PtRD26在所有Sen-hub TFs中顯示出的表達水平,因此研究人員進一步探究了該基因的調控作用?;蚩寺“l現隨著葉片衰老的進展,PtRD26基因的個內含子發生了滯留事件(intron-retention, IR),分子遺傳分析發現該選擇性剪切版本的mRNA不被NMD途徑降解,產生了截短的多肽PtRD26IR。PtRD26IR定位于細胞質并且只保留了NAC TF的蛋白互作區域。為了進一步確認PtRD26IR的存在,對從非衰老和衰老葉片中提取蛋白進行串聯質譜分析(圖3C)。在4種預期的肽中,在衰老葉片中檢測到2個,而在非衰老葉片中未檢測到,這強烈支持了PtRD26IR在葉片衰老時的存在。

    生化分析發現,PtRD26IR通過與正常剪切版本的PtRD26蛋白互作,抑制其結合靶基因。同時,PtRD26IR還可與其他Sen-Hub NAC TFs相互作用,從細胞質轉移到細胞核,抑制其活性,形成一個多重反饋調控環。功能分析發現,PtRD26通過調控多個Sen-hub TF進而促進葉片衰老,而PtRD26IR可以抑制葉片衰老。當兩者同時表達時,PtRD26IR抑制PtRD26誘導的葉片衰老過程,起到剎車的作用。

    3.葉片衰老過程中PtRD26可變剪接變體的鑒定和功能分析


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    總結

    總的來說,該研究通過RNA-seq分析確定了葉片衰老相關轉錄因子(Sen-hub TFs),PtRD26在所有Sen-hub TFs中顯示出的表達水平,因此研究人員進一步探究了該基因的調控作用。PtRD26通過調控下游靶基因促進葉片衰老,同時產生選擇性剪切變體PtRD26IR抑制自身和其他Sen-Hub TF以延緩葉片衰老,保障葉片衰老的正常起始和進展,進而保障衰老葉片營養物質的正?;剡\。該研究發現了調控葉片衰老的新機制,為通過精準分子育種培育速生林木提供了理論依據和技術支持。

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    PtRD26的剪切變體通過調節楊樹中的多個NAC轉錄因子來延遲葉片衰老

    期刊名稱:The Plant Cell

    IF9.618

    樣本選擇:楊樹葉片

    技術策略:RNA-seq、LC-MS


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