代谢组学的研究进展

内容1代谢组学简介2经典案例解析3合作的探索1.代谢组学简介脂类组学Studyoflipids&interactingentities糖类组学Studyofsugars&interactingentities代谢组学（细胞、组织或者生物体内的小分子化合物）蛋白组学基因组学◆细胞、组织和生物体内小分子化合物的：全分析、功能解析、高通量分析1.代谢组学简介1.代谢组学简介：生物大分子与小分子核酸蛋白碳水化合物脂类1.代谢组学简介：生物大分子与小分子1.代谢组学简介：检测手段代谢组的关键技术：高通量、高灵敏度各类质谱，NMR缺点：分子的物理化学性质差异大，能鉴定的化合物数量有限1.代谢组学：工作流程1234567ppmBiologicalorTissueSamplesExtractionBiofluidsorExtractsChemicalAnalysisDataAnalysis1.代谢组学：产生和发展注：以plantANDmetabolomicsORmetabolomeORmetaboliteprofilingORmetaboliteprofile为主题收索ISI得到的文献记录情况。植物代谢组学相关论文近年来的发表情况：1.代谢组学：应用疾病诊断和发病机制研究药物毒理学、新药筛选、药物安全评价中药研究及中医结合植物和农业研究微生物与发酵研究食品健康、食品安全和保健品研究新能源发掘1.代谢组学：种子萌发过程中的代谢科学问题：膜脂变化？质体/叶绿体的生成？吸胀萌动1.代谢组学简介：分析方法数据分析：海量数据，生物信息学方法1.代谢组学简介：研究策略研究思路→发现生理差异→检测代谢配置，找到代谢差异→找到代谢差异的原因→调控代谢差异的机制，应用1.代谢组学简介：代谢配置差异，定位化合物内容1代谢组学简介2经典案例解析√结合思考，运用到烟草种子相关的研究3合作的探索2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因问题的提出（生理）√历史上玫瑰有浓郁香味现代玫瑰消失了香味代谢上的差异查找导致代谢不同的原因找到相关的基因潜在的运用Fig1.RoseflowersofcultivarsGoldenGate(GG)andFragrantCloud(FC)atdifferentdevelopmentalstages.比较:FCvsGG&FC1vsFC42.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因黄玫瑰有香气，从第四阶段开始。2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因问题的提出（生理）代谢上的差异√与香气有关的化合物的差异查找导致代谢不同的原因找到相关的基因潜在的运用有香气的玫瑰释放出芳香化合物，时机是在花瓣发育的后期。2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因→收集挥发物→GC-MS分析实验A：比较FC和GG的挥发物差异。实验B：比较花瓣不同阶段的挥发物。香气物质FCGG香气物质后前2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因问题的提出（生理）代谢上的差异查找导致代谢不同的原因√基因表达差异差异基因中，有与挥发物合成相关的找到相关的基因潜在的运用2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因构建EST文库（4期FC和GG）随机挑选克隆测序FC：1834克隆GG：1039克隆功能注释比较表达丰度高的基因FC中香气物质合成相关的基因（推测）表达高。对比两种玫瑰花瓣的基因表达2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因没有商业化的芯片（非模式植物）已经的基因组信息很少（非模式植物）自己制作芯片利用已经数据库注释（推测基因功能）作为探针经过几个步骤。微阵列实验A：基因功能/探针FC/EST文库→1834克隆→功能注释→分类→选出350基因做芯片探针350探针putativefunctions:因为两种花瓣在大小/颜色等有差异（科学家的经验）。primaryandsecondarymetabolism,development,transcription,cellgrowth,cellbiogenesisandorganization,cellrescue,signaltransduction,andESTswithunknownfunction.微阵列实验B：FC和GG、FC1和FC4中350基因的表达水平检测ScatterplotofaveragesignalvaluesFCgreen,GGredFCred,GGgreenMicroarray350genes:Primary&2ndmetabolismandorganization,cellrescue,signaling,andunknown.A,Bglassslides.Eachslideheld3copiesofentirearray.Totally6replicates.2independentRNApreparationswereusedasprobeforA&Bslidesrespectively.RNAwasfromFC4&GG4andthelabeledCy3&Cy5,respectively.LabelingsinA&Bslidewerereversed.Spotintensitiesweredeterminedandnormalizedafterhybridization.ReliabilityofmicroarrayCountingcorrelationofexpressioninslideAandB.AveragevalueoftheCy5/Cy3inAlogAAveragevalueoftheCy3/Cy5inBlogBscatterplot(logA,logB)correlationcoefficient0.95microarraywasreliable2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因结果：找到40个基因，既在FC中表达高，又在FC4中表达高。比较：FC4和GG4，FC1和FC42.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因40个基因中，部分基因注释（推测）功能和表达样式挑选有代表性的基因（FC0592）做下一步实验。FC0592功能验证1：序列比对：与已知功能的基因，相似性高。FC0592is2092bpandbearsanopenreadingframecodingfor565aminoacid.Thededucedproteinsequenceexhibitedthehighsimilarity(50%identity)tothededucedcotton(+)--cadinenesynthase,whichisasesquiterpenesynthase.Figure4.AlignmentofthededucedaminoacidsequenceofFC0529(theputativerosegermacreneDsynthase)withthoseofcotton(+)--cadinenesynthaseandtomatogermacreneCsynthase.大根香叶烯（一种倍半萜烯）合酶.FC0592功能验证2:Northern杂交检验表达的时空特性与微阵列数据作用重叠，用一种技术的结果验证另一种技术的结果Figure5.RNAgelblotanalysisoftheputativesesquiterpenesynthaseTotalRNAwasextractedfromFCandGGyoung(YL)andmature(ML)leavesandfromFCandGGpetalsatdifferentdevelopmentalstages(1,2,4,and6)andanalyzedforFC0592expressionFC0592:acultivar-specificandmature-petal-specificexpression.FC0592功能验证3:离体证据体外实验证明能催化香气合成反应TheputativeGermacreneDwasconformedbycomparingitsmassspecwithcomputerizedreferenceofGermacroeneD.Figure6B:Identity=99%Invitroevidence:FC0592is大根香叶烯synthaseTodeterminewhetherFC0592codesforasesquiterpenesynthase&whattypesesquiterpeneproduced:-FC0592wasclonedintoavectortoobtainaactivecombinantenzyme.-Invitroreaction:lysatesofbacteria+substrate(FPP)?(examiningbyGC-MS)PutativeGermacreneDFPP=franesyldiphosphate,asubstrateinsesquiterpenesynthesisFC0592功能验证5：FC中大根香叶烯产生的时空与基因表达已知Figure7.GermacreneDemissionfromrosepetalsduringdevelopment结论：FC0592编码的蛋白是大根香叶烯合酶，参与了玫瑰香气的产生。结论的逻辑意义：强有力的证据，支持了假说。FC0592功能验证4：FC挥发物中有大根香叶烯2.经典案例解析：膜脂代谢核酸蛋白碳水化合物脂类2.经典案例解析：膜脂代谢膜，区室化2.经典案例解析：膜脂代谢三酰甘油，中性能量与C源贮种子和花粉磷脂Buchananetal层状相非层状相2.经典案例解析：膜脂代谢检测膜脂组成→分析膜性质变化→生理功能◆膜相变/渗漏/流动性2.经典案例解析：膜脂代谢2002年，引用率230多次。2.经典案例解析：膜脂代谢2004“自然生物技术”2.经典案例解析：膜脂代谢2008年，JBC。《自然中国》评为来自中国大陆和香港地区的突出研究成果。2.经典案例解析：膜脂代谢高山流石滩海拔4500m2.经典案例解析：膜脂代谢2.经典案例解析：膜脂代谢待发表论文（重要种子生理现象机制解析）吸胀冷害，表型→基因型差异→组学解析→机制验证顽拗型种子，表型→组学解析→突变体→基因→蛋白表达/细胞定位变化→应用内容1代谢组学简介2经典案例解析3合作的探索√结合思考，运用到烟草种子相关的研究3.合作的探索：层次战术合作技术服务（生理生化指标的检测，各层次观测）项目合作（投标具体的科学问题，设计解决方案）战略合作长期的科研伙伴种子生物学的研发和保藏管理3.合作的探索：研究组的领域和技术介绍研究领域“植物分子生理与功能基因组学”研究方向包括：植物响应非生物胁迫基因的发现和功能验证；种子生理生化；植物种质超低温保藏的基础和技术；重要植物次生代谢物的生物学效应、机制及其应用。3.合作的探索：研究组的领域和技术介绍研究组课题和技术介绍遗传操作蛋白检测基因组和转录组分析,基因表达检测常见五种激素检测脂类组学、脂肪酸检测种子的生理生化种子的细胞、亚细胞观测种子的寿命3.合作的探索：种子的细胞、亚细胞观测拟南芥种子中的油体兰花种子发育过程中油脂积累拟南芥种子萌发过程中细胞形态观测拟南芥种子萌发过程中细胞形态及胞内油体积累1day3days3.合作的探索：种子的细胞、亚细胞观测种子的细胞壁、细胞膜、细胞核、油体、淀粉粒……3.合作的探索：种子的X光检测和形态检测白花马蔺种子的X光检测和形态检测草玉梅狗尾草3.合作的探索：种子保藏的活力预测（参考英国千年种质库）根据种子保藏的实践经验给出的。V，最终活力（%）；P，贮藏时间（天）；m，种子的含水量（%）；t，保藏的温度（℃）；Ki，初始活力%（计算时转换probits）CH和CQ，与温度相关的物种常数；KE和CW，与种子含水量相关的物种常数。种子保藏的活力预测