转录组和代谢组学联合分析现已在生命科学、环境科学、食品安全和医疗卫生等领域中得到广泛的应用。
● 转录组：解码基因的语言
如同解读基因的“密码本”，让我们能够深入理解基因如何在不同环境下表达，如何调控生命活动。
● 代谢组：透视生命的化学反应
探索生命体内化学反应的“显微镜”。它揭示了生命体如何与外界环境交换物质，如何调整自身代谢以适应变化。
● qPCR：精确定量基因表达
提供了精确定量基因表达量的工具。它如同一杆“秤”，帮助我们准确了解每个基因在生命体中的活跃程度。
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经典案例分享
发表期刊：Industrial Crops & Products
影响因子：5.9（Q1）
发表时间：2023.10
研究结果
Sophora alopecuroides L.（豆科）是一种具有多种生物活性代谢产物的植物，具有优异的抗性。适当的干旱胁迫可以促进植物，特别是药用植物中特殊代谢产物的积累。本研究对S.应激引起的代谢组学和转录组学变化进行了鉴定，以探索代谢反应轻度、中度重度应激的机制。
研究思路
在H2SO4(98%)中浸泡30分钟的种子后用自来水冲洗10分钟，在室内风干，并在25℃下放置在无光培养箱发芽。种子萌发后，选择大小相近的幼苗，将其种植到装满土壤和蛭石(v:v = 2:1)中，每盆种植3株，然后在温室中培养30d，灌溉周期为2d。将30 d龄的植株分为4组，其中对照(CK): 30d龄的植株进行正常灌溉，即12天内每2天灌溉1次，每次灌溉的水量等于前两天的土壤水分减少量。轻度干旱(D1):植物处于轻度干旱状态，前8天正常灌溉，后4天停止灌溉。中度干旱(D2):植物在前4天正常灌溉，然后在接下来的8天停止灌溉。重度干旱(D3):植株停灌12d。每组设3个重复，每个重复6株。第12天，将各组植物平均分成2份(每份9株)。一部分用于生长参数的测量。对于另一部分，从每棵植物的第3和第4片叶子(从上到下)取样，用去离子水冲洗，然后用吸水纸干燥，用锡纸包裹后，立即用液氮处理，用于转录组和代谢组样本制备。
主要结果
1、代谢组结果
共检测了919种代谢产物，其中黄酮类代谢产物是苦豆子中的主要代谢产物；代谢组共鉴定出411种差异积累代谢产物，中度和重度干旱胁迫下异黄酮显著减少；其中6-Hydroxydaidzein, 2-Hydroxy-2,3-dihydrogenistein, prunetin, and biochanin A 在轻度干旱胁迫下显著增加，但在中度和重度干旱胁迫下类黄酮显著减少。
2、转录组分析结果
转录分析显示，共鉴定出21307个差异表达基因（DEG），其中大部分富集在次生代谢产物代谢途径的生物合成中。
3、多组学联合分析与qPCR验证
综合代谢组学和转录组学分析结果表明，这些差异基因和差异代谢物在类异黄酮生物合成途径(ko00943)中富集最为显著。
结论
通过对代谢组和转录组的综合分析，阐明了干旱胁迫诱导的苦豆子特定代谢物的变化及其调控机制。黄酮类代谢物是苦豆的主要特征性代谢物，在轻度干旱胁迫下含量增加，而在中重度干旱胁迫下含量减少。其中，DAMs和DEGs在异黄酮合成途径中富集最显著，一些结构基因如IFS、HID、IF7GT和IF7MAT以及7个MYB (SaMYB1~ SaMYB7)在调控异黄酮合成中发挥关键作用。
参考文献
Integrated metabolomic and transcriptomic analysis of specialized metabolites and isoflavonoid biosynthesis in Sophora alopecuroides L. under different degrees of drought stress. Industrial Crops and Products, 2023.