文献--桔梗全基因组、转录组、甲基化组分析以及桔梗皂苷生物合成研究
三萜皂苷（Triterpenoid saponins，TSs）是常见的植物化学物质，在植物的防御过程中扮演重要的角色，并具有潜在的药用价值。桔梗（ Platycodon grandiflorus ），属桔梗科植物，作为一种传统药材在东亚地区常常被用来治疗支气管炎和哮喘。桔梗根提取物的主要成分——桔梗皂苷属于齐墩果烷型三萜皂苷。研究表明，桔梗皂苷具有多种疗效，如抗炎、抗肥胖、抗癌、抗病毒和抗过敏等。尽管研究者们已经从桔梗属植物中分离到了超过70种不同的桔梗皂苷，但是桔梗皂苷生物合成相关基因的进化史尚不清楚。
1）全基因组测序结果：
对桔梗进行了全基因组测序，获得了的桔梗基因组草图。桔梗基因组大小为680.1 Mb，注释到40017个蛋白质编码基因。
CYP716 家族的基因在桔梗皂苷氧化过程中起主要作用，经过比较基因组分析，发现桔梗 CYP716 基因家族比其它6类菊类植物大得多。
基于同源基因注释揭示了β-香树脂醇合成酶基因（ β-amyrin synthases , bASs ）在桔梗中的扩张。
图1 桔梗CYP716科的演变。(a) 六种菊科物种的时间分步系统发育CYP716家族的扩展和收缩。分支数表示从最近的共同祖先(MRCA)分离后，扩展(蓝色)和收缩(红色)基因家族的数量。右表显示了CYP450科的数量，在星号中确定的分析，图中灰色阴影区域表示CYP450科在MRCA中的扩展，红色数字表示对应物种的扩展。b热图显示CYP716蛋白在6个物种中的丰度。星号(*)表示CYP716蛋白修饰三萜烯支架。(c) 桔梗β-amyrin synthases的修饰。将PubChem的结构(ID: 73145)修改为使用羟基-amyrin支架。(d) 热图显示了CYP450基因的表达以及已知的在桔红苷支架上的反应。基因表达表现为来自8个不同组织的RNA-Seq数据的每百万测序reads (FPKM)中每千碱基转录物的log2片段。星号(*)表示基因在根中的表达明显高于其他组织(p<0.001;Fisher检验)。
2）转录组分析结果：
通过转录组证实了组织特异性的基因表达。在扩张的bASs基因家族中，研究人员鉴定了一系列了桔梗皂苷生物合成相关的关键基因，这些基因具有根系优势表达模式。
图2 三萜皂苷生物合成(TBS)相关基因在桔梗中扩增和表达的差异。大桔梗GGPS (a)和bAS (b)基因家族的a、b系统发育。采用最大似然法构建系统发育树。（c）大桔梗中tbs相关基因的表达谱。数据表示茉莉酸甲酯(MJ)处理植物12、24、48h(分别为MJ 12h、MJ 24h和MJ 48h)的根、叶、茎、种子和4个花8个不同组织的RNA-Seq数据的log2 FPKM值;CT12h为对照组。
3）甲基化分析结果：
全基因组亚硫酸氢盐测序结果显示，桔梗中 CYP716 和 bAS 基因均发生去甲基化，这表明这两个基因家族的表观遗传修饰影响桔梗皂苷的生物合成。
图3 桔梗基因组中CYP450家族和TSB相关基因的DNA甲基化图谱。（a）在CG、CHG和CHH环境中CYP450家族基因的甲基化状态。根据对照样本(CT 12h_AllGenes[黑线])，检测对照组CYP450基因甲基化水平(CT 12h[红色]);在MJ处理的三个时间点(MJ 12h[蓝色]、MJ 24h[绿色]和MJ 48h[橙色])。(b) 三种情况下CYP450及TSB相关基因在对照和MJ处理(CT vs. MJ 12h, CT vs. MJ 24h, CT vs. MJ 48h)中的差异甲基化胞嘧啶(DMCs)密度。(c) MJ处理的CG-DMCs中丰度前30%的CYP450和TSB相关基因。(d) MJ处理中CG环境下CYP716s、CYP72s、CYP76s、CYP71s、GGPSs和bAS高甲基化和低甲基化胞嘧啶的相对丰度。比率转换为log2。(e) CYP450和TSB相关基因上游区域和编码区域内CG背景下超dmcs和次dmcs的相对丰度。(f) MJ处理中CG甲基化水平与基因表达呈负相关的基因。星号(*)表示在~ 2kb上游区域和编码区域具有相似DMC分布的基因。
该研究为通过分子育种改善桔梗农艺性状和桔梗皂苷的生产效率提供了宝贵的基因组资源，该基因组与所获得的转录组和甲基化组数据一起为研究 CYP716 和 bAS 基因家族对桔梗皂苷的生物合成和调控提供了新的见解。
P. grandiflorus cultivar Jangbaek-doraji（韩国）自交4代的一年生植株。
NCBI Sequence Read Archive (SRA) database under the following accession numbers：
SPEA00000000 (WGS data)；
SRR8712510–SRR8712517 (RNA-Seq data derivedfrom eight different tissues),；
SRR8712518–SRR8712529 (RNA-Seq data from MJtreatments)；
SRR9005109–SRR9005120 (WGBS data from MJ treatments)。
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参考链接：https://mp.weixin.qq.com/s/29C2hHkSbCTNF0jXf-Q75A
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珲春市17315908138： RNA甲基化一般发生在哪种RNA上? - ？
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珲春市17315908138： 如何在文献中查找一个基因家族是否被别人做过 - ？
謇星兰索： 知道一个基因的名称和ID,怎么查基因家族 NC表示人类基因组DNA的RefSeq.(链接序列) NM表示mRNA的RefSeq. NP表示蛋白质的RefSeq 查找基因的基本信息的方法如下: 根据文献中已知的基因ID如果你在文献中看到你感兴趣的基因...
珲春市17315908138： 如何搜索基因之间相互作用 - ？
謇星兰索： 如何寻找两个基因之间的相关性 第一,A的表达产物可能是B的转录因子,直接调节B,反之亦有可能; 第二,A的表达产物间接调控B的转录,或反之; 实验设计, 首先必须要确定两者的相关性,不管是正的还是负的,可用wenstern和Qpcr的手段; 其次,要从文献中或信号转导通路中挖掘两者相互关系的可能性;两之间或许有重要的中介; 再次,找到可能关系后,进一步把中介的重要性阐明,还是找关联性; 再次,如果是直接的转录因子,可以做CHIP,如果是间接关系,则一定要把中介因子证明清楚,利用文献,把文献以外的东西做出来; 最后,利用基因干扰或工具药物,反过来去证实这种关系的存在; 最最后,能放在整体动物上最好,有表型研究就是大牛.
珲春市17315908138： 全基因组外显子包括多少个基因 - ？
謇星兰索： 很多文献都提到外显子组的序列仅占全基因组序列的1%左右,但大多数与疾病相关的变异位于外显子区.通过外显子组测序可鉴定约8万个变异,全基因组测序可鉴定300万个变异,因此与全基因组测序相比,外显子组测序不仅费用较低,数据阐释也更为简单.外显子组测序技术以其经济有效的优势广泛应用于孟德尔遗传病、罕见综合征及复杂疾病的研究,并于2010年被Science杂志评为十大突破之一.
珲春市17315908138： 桔子该如何保存让其时间长一点 - ？
謇星兰索： 桔子保存时间长,要注意做到以下六点: 一、采果要点: 一般在晴天采摘桔果,桔梗要剪平,轻采轻放,尽量避免机械损伤. 二、库房消毒:通风仓库或普通住房都可贮藏柑桔.贮藏前先将库房打扫干净,堵塞鼠洞,并在柑桔入库前一周用多...
珲春市17315908138： 柑桔的采摘方法 - ？
謇星兰索： 选择适宜的采果工具 采果用的工具包括:果剪、果篓、果筐、采果梯或果凳.采果用的果剪,必须是圆头,刀口锋利,以免刺伤果实.盛果的果筐要坚固不易变形,筐内应垫上草席、稻草或塑料薄膜,以免擦伤果皮. 2、合理安排采果时间 3、...
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珲春市17315908138： 桔梗白粉病怎样进行防治? ？
謇星兰索： 具体如下: (1) 冬季清除病落叶及病残体集中深埋或烧毁,田间不宜栽植过密,注意通风透光. (2) 发病初期开始喷洒36%甲基硫菌灵悬浮剂500倍液或 60%防霉宝2号水溶性粉剂800倍液、20%三唑酮乳油1500倍液,隔7~10天1次,连续防治2~3次.病情严重的可选用 25%敌力脱乳油4000倍液、40%福星乳油9000倍液.
