2017-08-30
簡介
植物生殖器官一般對外界溫度刺激更加敏感，但目前對于擬南芥花序組織熱休克反應(yīng)（heat shock response，HSR）的調(diào)節(jié)機(jī)理還知之甚少。Squamosa promoter-binding-like (SPL) 基因家族作為一個植物特異轉(zhuǎn)錄因子家族, 已被證實具有參與開花時期的調(diào)節(jié)，時期轉(zhuǎn)換，葉發(fā)育的起始以及其他發(fā)育過程等許多重要的生物學(xué)功能。中科院上海植物生理生態(tài)研究所陳曉亞院士課題組利用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)對其中兩個功能未知的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子SPL1和SPL12進(jìn)行了功能分析，該研究結(jié)果已發(fā)表在Molecular Plant（IF=8.8269）雜志上， 題為“Arabidopsis Transcription Factors SPL1 and SPL12 Confer Plant Thermotolerance at Reproductive Stage”。
高溫脅迫（42℃，1h）對花序期擬南芥的影響
RNA-seq分析結(jié)果顯示： 對于開花期的擬南芥高溫脅迫（42℃）后，野生株相較于spl1spl12雙阻斷突變株有1040個基因差異表達(dá)。其中有531個基因上調(diào)，298個基因下調(diào)，同時有211個基因只在spl1spl12雙阻斷突變株中顯著表達(dá)。結(jié)合表型分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)SPL1和SPL12參與介導(dǎo)了擬南芥生殖生長期的耐熱性調(diào)節(jié)。
方法：對擬南芥進(jìn)行高溫脅迫處理（42℃，1h），以常溫處理組（22℃）分別作為對照，選取開花期（35d）的野生株和spl1spl12雙阻斷突變株進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序
樣本量：4組
測序平臺：Illumina HiSeq平臺
結(jié)果解讀：
1 對擬南芥進(jìn)行高溫脅迫處理引起的基因表達(dá)差異進(jìn)行GO富集分析和聚類分析
RNA-seq分析結(jié)果顯示：對于開花期的擬南芥高溫脅迫（42℃）后，相較于對照組（22℃），野生株中有1939個基因上調(diào)，1479個基因下調(diào)；spl1spl12雙阻斷突變株中有1150個基因上調(diào)，1357個基因下調(diào)，GO富集結(jié)果顯示差異基因顯著富集在熱激反應(yīng)應(yīng)答相關(guān)通路。
圖1 基因差異表達(dá)分析和GO富集分析
圖2 不同樣品間聚類熱圖
2 對野生株和spl1spl12雙阻斷突變株中熱休克反應(yīng)應(yīng)答相關(guān)差異基因進(jìn)行分析
對開花期的擬南芥進(jìn)行高溫脅迫（42℃）處理后，野生株與spl1spl12雙阻斷突變株中共有1040個熱休克反應(yīng)應(yīng)答相關(guān)基因檢測到表達(dá)差異，文中根據(jù)表達(dá)特征將其分為了三類：HRD-Up（在野生株中上調(diào)）共有531個基因； HRD-down（在野生株中下調(diào)）共有298個基因下調(diào)；HRD-Neutral（在野生型中無變化但在spl1spl12雙阻斷突變株中有差異表達(dá)）共有211個基因。HRD-Up和HRD-down分類分析結(jié)果表明，SPL1和SPL12轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)了近1/4（298/1040）的熱休克反應(yīng)應(yīng)答相關(guān)基因的重編程，同時對HRD-Neutral的分析表明擬南芥生殖生長期的熱休克反應(yīng)除了SPL1和SPL12之外還受到其他基因的共同調(diào)節(jié)。
圖3 野生株和突變株之間熱激應(yīng)答差異表達(dá)基因分類
圖4 對HRD-up基因進(jìn)行GO富集分析
3 對SPL1，SPL12啟動子結(jié)合位點進(jìn)行預(yù)測
GO富集分析結(jié)果顯示HRD-up基因主要富集在應(yīng)激信號通路中。本文研究人員選取了HRD-up基因中最能直觀反映基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平的啟動子區(qū)順式作用元件進(jìn)行了富集分析，結(jié)果顯示有13個HRD-up基因富集在DRE通路中，該通路包含熱休克反應(yīng)的兩個正調(diào)控因子DREB2C和RAP2.6。此外DREB，DRE-like，LTRE，ABRE-like，DRE 和GCC-box 通路均與熱休克反應(yīng)應(yīng)答相關(guān)。基于上述分析結(jié)果，研究人員利用活性分析實驗從HRD-up基因中篩選得到SPL1的5個靶基因： CEJ1， RD29A，RPK1，ABI2和RAS1。
圖5 對HRD-up基因啟動子區(qū)順式作用元件進(jìn)行富集分析
圖6 SPL1轉(zhuǎn)錄因子激活的靶基因
總結(jié)
本文對參與植物花序期耐熱性調(diào)節(jié)的兩個SPL家族的轉(zhuǎn)錄因子SPL1，SPL12基于轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)的生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)高溫脅迫處理和spl1spl12雙阻斷處理后，熱休克反應(yīng)應(yīng)答相關(guān)基因發(fā)生了差異表達(dá)。對差異表達(dá)基因進(jìn)行分類分析和GO富集分析，結(jié)合表型分析結(jié)果，表明SPL1和SPL12參與介導(dǎo)了擬南芥生殖生長期的耐熱性調(diào)節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
Chao L.-M., Liu Y.-Q., Chen D.-Y., Xue X.-Y., Mao Y.-B., and Chen X.-Y. (2017). ArabidopsisTranscription Factors SPL1 and SPL12 Confer Plant Thermotolerance at Reproductive Stage. Mol. Plant. 10, 735–748.
