摘要：
- 本研究采用廣泛靶向的代謝組學(xué)和RNA測序相結(jié)合的方法，研究了棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生植株的動態(tài)代謝和轉(zhuǎn)錄譜.
- 非胚性階段愈傷組織（NEC）、原代胚胎發(fā)生細(xì)胞（PEC）和起始階段球形胚胎（GE）中共有581種代謝物；
- 在差異積累的代謝物（dams）中，核苷酸和脂質(zhì)在胚性分化過程中特異積累，而黃酮和羥基肉桂酰衍生物則在體細(xì)胞胚發(fā)育過程中積累；
- 與嘌呤代謝相關(guān)的代謝物在PEC和NEC中顯著富集, 然而在GE和OEC中DAMs與類黃酮物質(zhì)顯著相關(guān)；
- 代謝組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析表明，基于kegg數(shù)據(jù)庫嘌呤代謝和類黃酮生物合成是co-mapped;
- 與信號識別、轉(zhuǎn)錄、應(yīng)激和脂質(zhì)結(jié)合相關(guān)的嘌呤代謝相關(guān)基因顯著上調(diào);
- 一些典型的染色體胚胎發(fā)生（se）基因與其代謝產(chǎn)物高度相關(guān)，這些代謝產(chǎn)物參與嘌呤代謝和類黃酮生物合成。
- 這一研究鑒定了負(fù)責(zé)SE轉(zhuǎn)分化的一系列可能的代謝產(chǎn)物和相應(yīng)的基因，為分子和生化水平上深入了解細(xì)胞全能性的機(jī)制提供了有價值的基礎(chǔ)。
Introduction
- 研究體細(xì)胞胚胎發(fā)生（SE）的意義
- SE研究進(jìn)展；
- 代謝組介紹
- 近年來，代謝組學(xué)引起了人們的廣泛關(guān)注，主要是檢測分子量小于1000da的內(nèi)源性小分子，植物能產(chǎn)生20萬到100萬種代謝物，可分為初級代謝物和次級代謝物；
- 代謝產(chǎn)物是生物體內(nèi)受內(nèi)外因素影響的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達(dá)的最終結(jié)果，在基因和表型之間形成一座橋梁，可以直接反映植物體內(nèi)的生理現(xiàn)象。同時，代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達(dá)。作為細(xì)胞調(diào)節(jié)過程的最終產(chǎn)物，代謝物是大分子的組成部分，也是細(xì)胞能量途徑的重要組成部分；
- 代謝組學(xué)數(shù)據(jù)可以提供大量關(guān)于問題生化狀態(tài)的信息，對這些數(shù)據(jù)的解釋提供了一種有效的方法，可用于基因的功能表征；
- 與基因組、轉(zhuǎn)錄組或蛋白質(zhì)組相比，代謝組更準(zhǔn)確地反映了有機(jī)體的表型，基因組和蛋白質(zhì)組的微小變化可以通過代謝組反映和放大；
- 代謝組學(xué)對研究SE過程的適用性已在許多植物屬中得到證實；
- 轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)
- 轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)等現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)的結(jié)合提供了一個從分子和生化水平深入了解細(xì)胞全能性機(jī)制的絕佳機(jī)會；
- 很少有研究使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)來進(jìn)行該項研究
- 綜合代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析可以闡明一系列次級代謝產(chǎn)物的功能及其含量的變化，以及相應(yīng)的差異表達(dá)基因，從而拓寬SE調(diào)節(jié)蛋白的全球視野。
- 本研究內(nèi)容概述
result
-
棉花體細(xì)胞胚胎誘導(dǎo)培養(yǎng)
image.png -
基于uplc-ms/ms的代謝組學(xué)定量分析及總代謝產(chǎn)物鑒定
采用超高效液相色譜法（uplc）和串聯(lián)質(zhì)譜法（ms/ms）對棉花中nec、pec和ge的代謝產(chǎn)物動態(tài)變化進(jìn)行了研究;
image.png -
Pearson相關(guān)系數(shù)和PCA表明這些材料具有重復(fù)性;
image.png -
差異累積代謝物（DAMS）的鑒定
PEC vs NEC, GE vs PEC, GE vs NEC (p<0.05)間的差異積累代謝物的定義標(biāo)準(zhǔn)是：倍性變化>2或倍性變化<0.5和VIP>1；
image.png
火山圖（Volcano plots）展示了兩兩比較中的顯著差異
層次聚類分析(hierarchical cluster analysis)評估DAM堆積模式
不同組合的DAM中占比較大的組分
不同組合的DAM中共性和特性
-
DAMs的功能注釋和KEGG分析
image.png 代謝組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)分析
通過相互比較代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，在分子和生化水平上識別潛在的代謝產(chǎn)物和相應(yīng)的差異表達(dá)基因。棉花SE過程中DAMs和degs的kegg富集分析
PEC vs NEC和GE vs PEC分別有96條和55條co-mapped pathway;
胚胎發(fā)生分化過程中主要涉及了嘌呤代謝，體細(xì)胞胚胎發(fā)育過程中主要涉及了類黃酮生物合成;-
棉花SE過程中DAMs和DEGs的相關(guān)分析
選擇pcc>0.8的DAMs和DEGs的log2轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，研究代謝物和基因的變化，繪制了nine quadrant diagrams
image.png
具體九象限圖的意義：
-
棉花SE中DAMs和DEGs的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析
結(jié)果表明，一些經(jīng)典的SE相關(guān)基因與其參與嘌呤代謝和類黃酮生物合成的代謝產(chǎn)物高度相關(guān)，證實了嘌呤代謝在胚胎分化過程中的特殊重要性，以及體細(xì)胞胚胎發(fā)育過程中類黃酮的生物合成。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)驗證了代謝分析的真實性和準(zhǔn)確性。
image.png
image.png
Discussion
Conclusion
研究比較了棉花轉(zhuǎn)分化過程、胚性分化和體細(xì)胞胚發(fā)育的動態(tài)代謝和轉(zhuǎn)錄譜
Reference：
Metabolome and Transcriptome Association AnalysisReveals Dynamic Regulation of Purine Metabolismand Flavonoid Synthesis in Transdifferentiation during Somatic Embryogenesis in Cotton. 2019, Int. J. Mol. Sci.
