伯豪客戶發(fā)現(xiàn)楊樹適應氮條件的轉錄組調(diào)控新機制

瀏覽次數(shù)：2460　發(fā)布日期：2015-11-19　來源：本站　本站原創(chuàng)，轉載請注明出處

背景簡介

楊樹是一種快速生長的木本植物，在CO2固定以及生物質(zhì)能方面發(fā)揮著巨大的潛能。但是楊樹人工林通常位于缺氮的貧瘠地區(qū)。因此，楊樹人工林往往需要額外施加氮肥來提高產(chǎn)量。之前的研究從形態(tài)生理分子調(diào)控等方面報道了楊樹對低或高氮的響應，但是，楊樹根和葉在適應低氮和高氮條件下以形態(tài)生理為基礎的轉錄組調(diào)控機制尚不清楚。

文章亮點

本研究利用RNA測序技術(該研究中RNA測序服務由上海伯豪生物技術有限公司提供)，分析了低氮和高氮條件下楊樹根和葉中轉錄組變化情況，發(fā)現(xiàn)總共有992個基因發(fā)生了差異表達，各個條件下的差異表達基因中大約30~40%構成了一個轉錄調(diào)控網(wǎng)絡。轉錄調(diào)控網(wǎng)絡中的核心基因通過位于啟動子區(qū)域的保守順時作用元件協(xié)同調(diào)控。氮饑餓和過剩條件下，基因本體論（gene ontology，GO）分析顯示離子轉運和對生長素刺激響應在根中富集，而對脫落酸刺激的響應在葉中顯著地富集。所有處理中根和葉都顯著富集的GO是發(fā)育，氮代謝，對脅迫和激素刺激的響應。與植物激素代謝相關基因差異表達相一致，氮素缺乏使小葉楊根中ABA，GA3，JA和SA含量，以及葉中ABA和JA含量減少，同時高氮使根中IAA和SA含量，以及葉中IAA含量減少，同時使根和葉中ABA和JA含量提高。這些結果表明協(xié)同表達網(wǎng)絡調(diào)控的全轉錄組重編碼在楊樹根和葉適應低氮和高氮過程中發(fā)揮著重要作用。

結果解析

低氮和高氮使小葉楊根和葉中大量基因發(fā)生了差異表達。

各個條件下，大約有30~40%的差異表達基因構成了一個協(xié)同表達網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中的核心基因涉及RNA調(diào)控，脅迫響應，信號轉導以及光合作用，表明協(xié)同表達基因網(wǎng)絡在小葉楊根和葉適應低氮和高氮的形態(tài)生理響應過程中發(fā)揮著重要的作用。

通過對核心基因5’非編碼區(qū)列進行分析，我們發(fā)現(xiàn)了一些保守的基序，這些基序中存在著大量和氮相關的順式作用元件，表明根和葉中的這些核心基因可能是通過存在于5’非編碼區(qū)的順式作用元件協(xié)同表達的。

小葉楊根和葉適應氮饑餓和過剩的模式圖。土壤中的NH4+和NO3-通過AMTs和NRTs吸收進入植物體內(nèi)，而AMTs和NRTs的表達受到環(huán)境中N水平的調(diào)控。進入根中的NH4+和NO3-通過初級N同化轉變?yōu)镚lu和Gln，隨后，Glu和Gln轉變?yōu)槠渌被帷８械陌被岷蜔o機氮轉運至葉，從而構成葉的N庫。N水平變化影響了激素的變化，進而激活相應的信號級聯(lián)反應，調(diào)控根和葉的形態(tài)特征。楊樹體內(nèi)N水平的改變可能作為內(nèi)部脅迫信號激活激素調(diào)控的信號通路，進而導致脅迫響應。

以上文章的結果和圖表引自：
Jie Luo, Jing Zhou, Hong Li, Wenguang Shi, Andrea Polle, Mengzhu Lu, Xiaomei Sun, Zhi-Bin Luo (2015) Global poplar root and leaf transcriptomes reveal links between growth and stress responses under nitrogen starvation and excess. Tree Physiology. doi:10.1093/treephys/tpv091.

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