最新研究進展Recent Research Progress-No.86|轉錄代謝聯合分析揭示西瓜果實酸糖代謝關鍵基因網路

2021-02-23 留學農科StudyinCAAS

      近日,中國農業科學院研究生院2017級巴基斯坦籍博士留學生Muhammad Jawad Umer在中科院JCR農林科學1區Top期刊Horticulture Research(IF=5.404)發表了題為「Identification of key gene networks controlling organic acid and sugar metabolism during watermelon fruit development by integrating metabolic phenotypes and gene expression profiles」的研究性論文,中國農業科學院鄭州果樹研究所劉文革研究員為本文的通訊作者。本研究闡述了西瓜發育過程中糖和有機酸積累的相關調控機制,為西瓜品質育種提供了理論依據,對我國西瓜產業的發展和育種水平的提高具有重要的科學意義。  

Recently, a GSCAAS Ph.D. student Muhammad Jawad Umer published an on-line research article entitled 「Identification of key gene networks controlling organic acid and sugar metabolism during watermelon fruit development by integrating metabolic phenotypes and gene expression profiles」 in the CAS-Q1 Top journal Horticulture Research(IF=5.404). Prof. Liu Wenge who is from Zhengzhou Fruit Research institute is the corresponding author of this paper. This study explained the regulation mechanism of sugar and organic acid accumulation during watermelon development, provided the theoretical basis for watermelon quality breeding, and had important scientific significance for the development of watermelon industry and the improvement of watermelon breeding level in China.

        西瓜是全球第五大水果,因其鮮美多汁,富含多種營養成分而受廣大消費者的喜愛。西瓜中富含番茄紅素、瓜氨酸、維生素、糖和多種有機酸。其中,糖和有機酸是影響西瓜感官品質的重要成分,在西瓜果實的發育和成熟過程中,糖和有機酸含量決定了西瓜的口感。但是,目前西瓜中糖和有機酸的代謝調控網絡尚未明晰。本論文以甜西瓜(203Z)和酸西瓜(SrW)為試材,研究西瓜果實發育過程中糖和有機酸代謝的調控網絡。

Watermelon is the fifth most consumed fleshy fruit worldwide, because of its delicious juicy and rich in a variety of nutrients, it is popular among consumers. Watermelon fruit is rich in lycopene, citrulline, vitamin, sugar and a variety of organic acids. Among them, sugar and organic acid are important components that affect the sensory quality of watermelon, and the contents of sugar and organic acid determine the taste of watermelon during the development and ripening process of watermelon fruit. However, the metabolic regulatory network of sugar and organic acids in watermelon has not yet been clarified. In this paper, the sweet watermelon (203Z) and sour watermelon (SrW) were used as test materials to study the regulatory network of sugar and organic acid metabolism during fruit development.

       通過轉錄組和代謝物數據的WGCNA分析尋找與糖酸代謝共表達的基因和基因網絡。鑑定了3個基因表達網絡,包含2443個基因與西瓜果實中糖酸代謝高度相關。通過顯著性和qRT-PCR分析,篩選到了7個參與西瓜果實糖酸代謝的關鍵基因。其中,Cla97C01G000640、Cla97C05G087120和Cla97C01G018840為糖轉運蛋白;Cla97C03G064990是一種蔗糖合酶;Cla97C07G128420、Cla97C03G068240和Cla97C01G008870與蘋果酸和檸檬酸高度相關,為蘋果酸和檸檬酸轉運蛋白。將這些基因在自然群體中進行驗證,結果表明這7個基因的表達量與西瓜果實中的糖酸含量呈顯著正相關。

The genes and gene networks co-expressed with sugar and organic acids metabolism were searched through WGCNA analysis of transcriptional and metabolite data. Three gene expression networks were identified, including 2443 genes that were highly correlated with sugar and organic acid metabolism in watermelon fruits. Seven key genes involved in sugar and organic acid metabolism of watermelon fruits were screened by significance and qRT-PCR analysis. Among them, Cla97C01G000640, Cla97C05G087120 and Cla97C01G018840 were sugar transporters. Cla97C03G064990 was a sucrose synthase. Cla97C07G128420, Cla97C03G068240 and Cla97C01G008870 were highly correlated with malic acid and citric acid, which were the transporters and regulators of malic acid and citric acid. These genes were verified in the natural population, and the results showed that the expressions of these 7 genes were significantly positively correlated with the contents of sugar and organic acid in watermelon fruit.

圖1西瓜果實中的總可溶性固形物(Brix%)、pH值、可溶性糖(葡萄糖、蔗糖和果糖)和有機酸(蘋果酸、草酸和檸檬酸)(mg/g FW)在果實發育過程中的變化。

Figure 1 Total soluble solids (Brix %), pH, soluble sugars (glucose, sucrose, and fructose), and organic acids (malic, oxalic, and citric acid) (mg/g FW) in watermelon fruit at 10, 18, 26, and 34 DAP.

圖2 WGCNA鑑定的西瓜果實發育過程中參與糖和有機酸調控的基因網絡和關鍵候選基因。

Figure 2 Gene networks and key candidate genes involved in sugar and organic acid regulation during watermelon fruit development as identified by WGCNA.

圖3有機酸和糖的生物合成途徑。

Figure 3 The organic acid and sugar biosynthetic pathway.

原文連結Original link:

https://www.nature.com/articles/s41438-020-00416-8

          本研究得到了中國農業科學院科技創新工程專項經費項目(CAAS-ASTIP-2016-ZFRI)、國家重點研發計劃(2018YFD0100704)、現代產業技術體系建設專項(CARS-25-03)、國家自然科學基金(31672178和 31471893)和河南省科技攻關項目((202102110197)的資助。 

This research was supported by the Agricultural Science and Technology Innovation Program(CAAS-ASTIP-2016-ZFRI), National Key R&D Program of China (2018YFD0100704), the China Agriculture Research System (CARS-25-03), National Natural Science Foundation of China (31672178 & 31471893), and Scientific and Technological Project of Henan Province (202102110197).

       Muhammad Jawad Umer是中國農業科學院研究生院2017年秋季學期巴基斯坦籍留學生,培養單位為中國農業科學院鄭州果樹研究所,專業是蔬菜學(蔬菜遺傳育種方向),導師為劉文革研究員。博士期間,Umer同學以第一作者在Horticulture Research(CAS-Q1 Top,IF=5.404)、Scientia Horticulturae(CAS-Q2 Top,IF=2.769)和Gene(CAS-Q3,IF=2.984)發表了3篇研究論文,累計影響因子為11.16。此外,Umer還以合作作者身份發表了5篇SCI論文。作為2017級新生班班長,Umer同學品學兼優,他曾於2018年和2020年兩次榮獲北京市外國留學生獎學金,2020年9月在鄭州果樹研究所舉辦的三分鐘演講比賽中取得第二名的好成績。

Mr. Muhammad Jawad Umer is a 2017 Autumn Semester batch Pakistani international student, from Zhengzhou Fruit Research Institute of CAAS, Henan, Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences (GSCAAS). His major is Vegetable Sciences (Vegetable genetics and Breeding) and working under the supervision of Prof. Dr. Liu Wenge. During his Ph.D., he has published 3 research articles as a first author in Horticulture Research (CAS-Q1 Top, IF=5.404), Scientia Horticulturae (CAS-Q2 Top, IF=2.769), and Gene (CAS-Q3, IF=2.984) with a total impact factor of 11.16. Furthermore, Umer has 5 co-authored publications in the SCI journals. Umer, as the monitor of 2017 Autumn batch, is excelling both in morals and studies. He was awarded with Beijing Government Scholarship for two times i.e. 2018 and 2020, during his PhD. He stood 2nd at three minutes presentation competition held at Zhengzhou Fruit Research Institute in September 2020.

Umer 同學發表文章列表:

Muhammad Jawad Umer’s Publications list:

https://www.researchgate.net/profile/Muhammad_Jawad_Umer

博士論文答辯 During Ph.D Thesis Defense

與導師合影 With Supervisor Prof. Liu Wenge

田間調查工作 During the Field Work

戶外運動 During Outdoor Activities

導師簡介 Supervisor Introduction

       劉文革研究員為鄭果所西甜瓜栽培與生理創新團隊首席科學家,現指導來華留學生4名,近兩年已為我院培養優秀博士留學生2名,包括衣索比亞籍留學生HAILESLASSIE GEBREMESKEL KIDANEMARIAM以及巴基斯坦籍留學生ALI ASLAM,課題組畢業留學生科研產出較好,生均能發表2篇以上較高水平一作SCI論文。

As the chief scientist of the watermelon and melon cultivation and physiology team of Zhengzhou Fruit Research Institute of CAAS, Prof. Liu Wenge currently hosts 4 international students. Over the past two years, he has trained 2 excellent doctoral students, including Ethiopian student HAILESLASSIE GEBREMESKEL KIDANEMARIAM and Pakistani student ALI ASLAM. Students graduated from Prof.Liu’s lab have fairly good scientific research output, can publish more than 2 high-level 1st author SCI papers.

 

劉文革研究員發表文章列表:

Prof. Dr. Liu Wenge's Publications list:

https://www.researchgate.net/profile/Liu_Wenge

News coverage about Prof.Liu's resent research progress: The Genetic Mechanism of Three Important Agronomic Traits of Watermelon Was Revealed.

http://www.caas.cn/en/newsroom/research_update/308326.html

快樂大豐收 People celebrating bumper harvest

多倍體西瓜遺傳育種課題組合照

Polyploid Watermelon Genetic and Breeding Research Group ZFRI, CAAS

相關焦點

  • 腫瘤代謝機制突破性進展研究一覽
    本文中,小編整理了近年來腫瘤代謝相關的研究進展,與各位一起學習。Phang等人發現,致癌轉錄因子c-MYC能夠改變脯氨酸及穀氨醯胺之間的代謝過程,促進c-MYC所調節的細胞增生及代謝反應。相關研究成果於5月21日發表在美國《國家科學院院刊》(PNAS)上。研究發現,除了糖酵解以外,致癌轉錄因子c-MYC也能刺激穀氨醯胺的代謝。通過上調穀氨醯胺酶(GLS),促進能量生成,結果促進了癌細胞的增生。
  • 研究發現番茄果實中葉綠素代謝調節基因—新聞—科學網
    來自重慶大學的科研團隊在研究中發現,SlMYB72基因在調節葉綠素、類胡蘿蔔素和類黃酮代謝方面具有重要作用,為園藝作物改善果實營養提供了潛在的靶點。相關成果近日發表在《植物生理學》雜誌。 番茄基因SlMYB72屬於轉錄因子R2R3-MYB亞家族,位於細胞核內,具有轉錄激活活性。
  • 版納植物園通過轉錄組分析鑑定風箏果種子油脂代謝基因
    多年來,多家研究機構針對蓖麻種子累積蓖麻油酸的分子機制開展研究,並試圖通過基因工程的方法培育能替代蓖麻生產蓖麻油酸的油料作物新品種,但仍存在難以逾越的瓶頸,未取得實質性的突破。廣泛發掘大量累積蓖麻油酸的新物種,將有利於開發新的植物資源和更深入地研究蓖麻油酸累積的分子機制。
  • 研究揭示植物次生代謝調控新機制
    MYC2轉錄因子受赤黴素GA和茉莉酸JA信號的協同調控。植物萜類屬於類異戊二烯次生代謝途徑,其數量大、種類多。這些化合物能吸引昆蟲傳播花粉和果實,直接或間接地防禦植食性動物的侵食和微生物的侵害。此外,一些萜類化合物還具有非常高的藥用價值和經濟價值,如抗癌藥物紫杉醇、抗瘧藥物青蒿素,同時還可作為化妝品、香料和食品添加劑的生產原料。 轉錄因子對植物的發育、生長和代謝起著重要的調控作用。
  • 華東師大劉明耀教授團隊最新研究 揭示KRAS突變肺腺癌的代謝特徵
    RAS基因家族的三個成員KRAS、HRAS和NRAS 是編碼高度同源的RAS小G蛋白,其中KRAS被認為是「最壞的」癌基因,人類近20%的惡性腫瘤均伴有KRAS基因的突變。KRAS基因發生突變是肺腺癌患者不良預後的主要因素,也是導致腫瘤復發的關鍵因子。
  • 6篇16S rRNA基因測序+代謝組學聯合項目文章助力您快速發文
    因此,16S rRNA基因測序與代謝組等多組學聯用可在一定程度上克服上述單一組學研究的局限性,在腸道微生物與健康疾病關係研究等方面取得眾多進展,顯示良好應用前景。本篇小鹿總結了16S+代謝組學的研究熱點方向,希望這6篇16S+代謝組學文章可以更好的助力您的科學研究。
  • 研究揭示乙醇酸代謝的新途徑
    研究揭示乙醇酸代謝的新途徑 作者:小柯機器人 發布時間:2019/11/14 14:18:12 德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所Tobias J.
  • Get農學領域——標誌物篩選、機理研究的代謝組學實驗設計方案!
    小鹿物語這篇文章做的東西並不複雜,但卻可以發表在一區的Food Chemistry上,關鍵在於其構思精巧、解釋合理,分析精細,藉助靶向代謝組學檢測手段,找出差異代謝物,成功用代謝組手段揭示了,不同飼餵方式產生的雞蛋,在生或熟時蛋清和蛋黃的口感差異可能來源於哪些代謝物的變異。二、代謝機理研究單一的代謝組學分析只能揭示機體代謝的動態變化。
  • 陳曉亞院士小組研究揭示植物次生代謝調控新機制
    MYC2轉錄因子受赤黴素GA和茉莉酸JA信號的協同調控。植物萜類屬於類異戊二烯次生代謝途徑,其數量大、種類多。這些化合物能吸引昆蟲傳播花粉和果實,直接或間接地防禦植食性動物的侵食和微生物的侵害。此外,一些萜類化合物還具有非常高的藥用價值和經濟價值,如抗癌藥物紫杉醇、抗瘧藥物青蒿素,同時還可作為化妝品、香料和食品添加劑的生產原料。 轉錄因子對植物的發育、生長和代謝起著重要的調控作用。
  • 科學家揭示葉酸代謝與轉錄調控之間的聯繫
    科學家揭示葉酸代謝與轉錄調控之間的聯繫 作者:小柯機器人 發布時間:2019/7/7 11:10:13 奧地利科學院分子醫學CeMM研究中心Stefan Kubicek團隊近日取得一項新成果。
  • 代謝性疾病研究進展一覽
    2017年8月30日 訊 /生物谷BIOON/ --本期為大家帶來的是代謝性疾病相關領域的最新研究進展,希望讀者朋友們能夠喜歡。、過重及肥胖人群代謝健康的關鍵特性,研究者指出,減少下半身脂肪的堆積或會讓瘦人處於風險之中,相關研究刊登於國際雜誌Cell Metabolism上,同時本文研究還強調了個體化預防和心肌代謝疾病療法的關鍵應用。
  • 腫瘤代謝,這些最新研究值得你關注
    (中間或代謝終產物),通過分析這些代謝物質在體液及組織內的變化規律,可以從生物整體分析基因表達,蛋白質調節等內外因素對機體狀態的影響,機體內任何生理、病理或其他因素的變化都會影響代謝物的濃度或使代謝流發生改變,因此代謝組學技術能更真實地反映機體的實際情況。
  • Gut:揭示RALY調控線粒體代謝促進結直腸癌進展的作用與機制
    靶向電子傳遞鏈(ETC)可以誘導腫瘤細胞對缺乏葡萄糖的致敏,並抑制腫瘤的進展【1,2】。但ETC介導的能量重編程在腫瘤進展過程中的調控機制尚不清楚。最近研究表明表觀遺傳修飾在控制腫瘤細胞信號通路中起著關鍵作用,因此從表觀遺傳的角度探索腫瘤進展過程中線粒體能量代謝的調控作用有助於深入了解腫瘤細胞適應腫瘤微環境的能量代謝特徵,為靶向能量代謝提供新的腫瘤治療策略。
  • 代謝組學——後基因組時代新熱點
    -轉錄組-蛋白組-代謝組的系統生物學框架內(圖1),代謝組是生物動態調控系統中最接近於表型的階段,是生命的本質特徵和物質基礎。其精髓是對小分子代謝物的定量分析並發現差異代謝物,其中基於色譜/質譜聯用的分離分析技術是研究的關鍵。
  • Horticulture Research最新轉錄因子相關文章匯總
    番茄MYB型轉錄因子SlMYB75促進花青素積累並增強果實中揮發性香味的生成Wei Jian, Haohao Cao, Shu Yuan et al. DOI: 10.1038/s41438-018-0098-y通過操縱基因的遺傳調控特定分支的代謝途徑是用於改善果實品質的常見方法。然而,使用單個基因來影響幾種代謝途徑非常困難。重慶大學李正國教授課題組發現單基因SlMYB75(SlMYB75-OE)的超表達在改善多個果實品質性狀方面卓有成效。
  • 中科院遺傳發育所等發現基礎轉錄因子可以特異調控脂類代謝
    脂肪是生物體主要的能量儲存形式,脂肪能量代謝與多種人類重大疾病(肥胖、糖尿病、癌症等)密切相關。細胞內的脂肪主要儲存在脂滴(Lipid Droplet)中。脂滴的大小和動態調控與細胞的功能和代謝狀態息息相關。
  • 天津工生所絲狀真菌戊糖代謝功能基因組學研究獲進展
    生物質酶解後主要成分包括葡萄糖、木糖和阿拉伯糖,如何使微生物高效完全利用這三種糖類是生物煉製的關鍵。目前,相關葡萄糖和木糖代謝的研究已有較多的報導,但是對阿拉伯糖代謝及調控的研究卻很少,特別是從功能基因組學水平研究微生物對阿拉伯糖的代謝。
  • 天津工生所在微生物代謝調控技術研究中取得進展
    代謝途徑的優化一般是在轉錄水平和翻譯水平上進行代謝途徑基因的優化,包括啟動子工程、RBSs工程、DNA拷貝數、細胞器的劃分和動態啟動子調控等。  中國科學院天津工業生物技術研究所研究員張學禮帶領的微生物代謝工程研究團隊和研究員畢昌昊帶領的代謝工程與合成生物學技術研究團隊合作,在微生物代謝調控技術方面取得新進展。
  • 水稻二萜代謝研究獲進展
    植物次生代謝對植物抵禦各種生物與非生物脅迫至關重要。萜類是目前已報導的一類數量最多、結構最為多樣的次生代謝物,在植物發育、逆境抗性等方面發揮著重要作用。12月8日,《自然—植物》在線發表了海南大學教授羅傑團隊最新研究論文。這項研究揭示了水稻單環二萜基因簇自然變異的生化基礎及其在水稻抗病方面的作用,為作物遺傳改良提供了新資源。