多組學聯合分析 - 武漢貝納科技服務有限公司

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由于可變剪切（人類90%的基因表達的RNA存在可變剪切）的存在，一個基因往往對應多個轉錄本（Isoform），因此對轉錄本的定量是非常有必要。傳統的轉錄組只能對基因進行表達定量（基于最長轉錄本進行GO、KEGG等分析），Isoform定量全長轉錄組可以實現轉錄本的定量，對基因的每一個Isoform進行功能注釋。
基于Isoform定量全長轉錄組的多組學關聯分析還原真實的系統生物學過程。

案例分析 多組學聯合分析揭示自噬對玉米代謝的調控作用（IF = 13.256）

在營養限制條件下，自噬是細胞生命活動必不可少的。玉米的自噬是由一系列ATG相關蛋白共同參與完成的。ATG8是一個泛素蛋白，在ATG12-ATG5-ATG16的作用下，與PE結合形成ATG8-PE復合體，該復合體在自噬過程中都起著重要作用。

科學問題

玉米細胞依賴自噬的機制

實驗設計

野生型（W22），atg12-1突變體（ATG8修飾被阻斷而失活），atg12-2（基因敲減），分別在富氮條件培養2周后在缺氮條件下培養1周。分別取2個時期幼苗的第2和第4片葉，進行轉錄組（PCR驗證）、蛋白質組、代謝組和離子組檢測。

結果

表型氮脅迫改變了WT葉片的轉錄組和蛋白質組，氮代謝增加，葉綠素表達降低。缺氮幼苗表現出強烈的生長抑制，atg12突變體明顯衰老。

多組學突變體和野生型不論在富氮還是缺氮條件下轉錄組、蛋白質組和代謝組均有差異（PCA）。
蛋白質組ATG8蛋白家族及總蛋白的豐度在atg12中升高，表明自噬對于維持植物中正常的蛋白質豐度很重要，atg12突變體阻斷ATG8自噬介導的轉換。
轉錄組自噬顯著影響玉米轉錄組，567個核心轉錄本中自噬突變體中蛋白酶和脂質代謝轉錄本顯著上調。
代謝組代謝物在富氮條件下差異顯著，表明即使在正常生長條件下自噬也會顯著影響玉米代謝；脅迫時差異相對較小，特別是脂質，表明饑餓激活除自噬以外的其他代謝途徑以幫助應對這種挑戰。

關聯分析

atg12-1中大部分豐度變化的蛋白質對應的mRNA無顯著變化，表面這些變化是有自噬引起而與合成無關。氨基酸和苯丙烷類代謝途徑相關蛋白和mRNA都升高，表明這些蛋白質水平的升高由合成升高引起，并與代謝物的變化趨勢一致，表明這些變化主要由生物合成引起。突變體中類囊體的消耗與葉綠體的加速分解一致，這可能是由于缺乏自噬條件下的其他分解途徑造成。
atg12中脂質代謝相關的主要mRNA和蛋白質的改變與代謝物變化，預示著突變體中脂類代謝產物的過量積累是由自噬調節的其他代謝過程缺陷引起，這可能與蛋白清除有關。

結論自噬實質上改變了玉米的蛋白質組成和代謝物的變化，并為植物生長提供養分，是維持細胞穩態的重要一環。

參考文獻
Fionn M, Robert C A, Richard S M, et al. Maize multi-omics reveal roles for autophagic recycling in proteome remodelling and lipid turnover. Nature Plants 4, 1056–1070 (2018).