本研究通过整合转录组和代谢组分析，探究了两个橡胶树克隆（耐寒型云研77-4和低温敏感型热研8-79）在4℃低温胁迫下（0h、2h、6h、20h）的响应机制。研究发现，长期低温胁迫下，耐寒克隆云研77-4通过显著上调酶活性调控、细胞通透性改变及黄酮类、氨基酸等关键代谢物合成相关基因的表达，增强抗寒能力。KEGG富集分析精氨酸代谢和类黄酮生物合成是核心抗寒通路。联合分析显示，云研77-4中查尔酮合成酶（CHS）和黄烷酮3-羟化酶（F3H）等基因上调，促进柚皮素查尔酮、芹菜素、二氢槲皮素等代谢物积累，从而维持细胞稳态和抗氧化能力。研究为橡胶树抗寒育种提供了关键基因和代谢靶点。

1题目

文章题目：Transcriptomics integrated with widely targeted metabolomics reveals the cold resistance mechanism in Hevea brasiliensis

发文单位：云南省热带作物研究所分子生物学中心

2杂志

Frontiers in plant science；IF=5.7分

3链接

Mao C, Li L, Yang T, Gui M, Li X,Zhang F, Zhao Q and Wu Y (2023)

Transcriptomics integrated with widely targeted metabolomics reveals the cold resistance mechanism in Hevea brasiliensis. Front. Plant Sci. 13:1092411.doi: 10.3389/fpls.2022.1092411

4检测方法

Norminkoda提供了qPCR检测

5主要内容

1. 实验设计与材料创新

• 材料选择：

• 耐寒克隆：云研77-4（三倍体，云南特色种质）

• 敏感克隆：热研8-79（传统栽培种）

• 胁迫处理：4℃低温处理（0h、2h、6h、20h），模拟寒害渐进过程

• 多组学技术：

• 转录组：Illumina NovaSeq 6000测序，参考基因组ASM1045892v1

• 代谢组：UPLC-MS/MS广靶检测，鉴定846种代谢物

2. 转录组学核心发现

• 差异基因数量：低温胁迫下两克隆间共鉴定7330个DEGs，872个为共有基因

• 时间动态响应：

• 早期（2h）：下调基因居多，涉及基础代谢抑制

• 后期（6-20h）：上调基因主导，激活防御通路

• 通路富集：

• 植物-病原互作、淀粉代谢、碳代谢、激素信号转导

• 低温特异性富集：氨基酸生物合成、萜类骨架合成

3. 代谢组学响应特征

• 代谢物类别：黄酮类（主导）、氨基酸衍生物、脂质

• 耐寒克隆优势：云研77-4在长期低温下积累更多黄酮、精氨酸代谢物

• 关键代谢物：

• 黄酮类：柚皮素查尔酮、芹菜素、二氢槲皮素（抗氧化核心物质）

• 氨基酸类：L-精氨琥珀酸、N-乙酰鸟氨酸（渗透调节剂）

4. 多组学整合机制

• 通路协同：黄酮合成与精氨酸代谢为两大核心抗寒通路

• 基因-代谢物关联：

• CHS（gene356）、F3H（gene33147） → 调控黄酮积累

• NAGS（gene16028）、ArgC（gene2487） → 促进精氨酸合成

• 抗寒模型：低温胁迫 → 激活转录因子 → 上调代谢酶基因 → 积累保护性代谢物 → 增强抗氧化与膜稳定性

5. 实验验证与应用潜力

• qRT-PCR验证：8个关键基因表达趋势与转录组一致（如CHS、F3H）

• 育种价值：

• CHS、F3H、NAGS等基因可作为分子标记用于抗寒育种

• 云研77-4代谢谱为理想抗寒种质资源

6总结

耐寒克隆优势机制：云研77-4通过快速激活黄酮和精氨酸生物合成通路，积累柚皮素查尔酮、精氨酸等代谢物，增强清除ROS和膜保护能力。

1. 关键基因功能：CHS、F3H（黄酮合成）、NAGS、ArgC（精氨酸合成）是低温响应的核心调控基因。

2. 多组学协同价值：转录-代谢整合揭示“基因-代谢物-表型”的完整调控链条，突破单一组学局限。

3. 应用前景：提供抗寒育种靶点，助力橡胶树北缘种植区扩展，应对气候变化挑战。

本研究通过多组学整合揭示了橡胶树抗寒的分子与代谢基础，为热带作物抗逆育种提供了新范式。云研77-4的黄酮-精氨酸代谢调控机制尤其值得深入挖掘，其关键基因和代谢物可作为设计育种的重要靶标。

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