轉錄組遇見代謝組：解鎖生命調控的雙重奏

在生命科學的領域，基因表達和代謝活動共同驅動著生物體的生長發育和環境適應。單一的轉錄組數據只能看到基因的表達動態，難以全面解析生命機制，而代謝組作為生物的生理狀態的直接反映，可以關聯表型，剛好彌補了這一缺陷。近年來，轉錄+代謝聯合分析成為揭示生物分子機制的熱門策略，可以得到1+1＞2的機制挖掘。

轉錄+代謝的常見應用場景：

• 抗逆品種篩選：通過分析脅迫下作物的轉錄-代謝譜，篩選抗病耐旱的關鍵基因與代謝物，加速育種進程。

• 醫學領域：轉錄組揭示癌基因表達異常，代謝組追蹤異常代謝通路，聯合分析可定位潛在治療靶點。

• 共生微生物功能挖掘：如根瘤菌與植物的共生固氮過程，轉錄-代謝聯合分析可揭示信號分子（如黃酮類）與固氮基因的協同調控機制。

• 污染物降解機制：微生物降解污染物時的基因表達變化與代謝產物聯合分析，可優化生物修復策略。

是不是有很多小伙伴對于轉錄+代謝怎么進行聯合分析，分別能得到什么樣的結果存在疑惑呢？沒關系，今天帶大家解讀一篇凌恩客戶發表于《Chemosphere》（IF=8.1）的研究論文，讓您輕松掌握“轉錄+代謝”多組學聯合分析。

客戶案例

研究背景：

稻瘟病由稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）引起，是水稻的 “癌癥”，全球每年因稻瘟病損失的水稻可養活 6000 萬人。傳統化學農藥易導致耐藥性和環境污染，因此生物基納米材料（如殼聚糖納米顆粒）成為研究熱點。本研究通過轉錄組+代謝組聯合分析，解析殼聚糖納米顆粒（M-CNPs）的抗真菌分子機制。

轉錄組分析

差異基因（DEGs）篩選：

檢測到 2102 個差異基因（DEGs），其中 1186 個上調、916 個下調，富集于細胞膜生物合成、轉錄調控等通路。

幾丁質合成酶基因（MGG_09551）、磷脂合成基因（MGG_03920）表達量降低，導致細胞壁與細胞膜結構缺陷。幾丁質是真菌細胞壁的核心成分，其合成受阻直接削弱菌絲機械強度。

黃曲霉毒素合成基因（aflR）及核糖體成熟相關基因（rpl22）表達下調，抑制病原菌毒性與蛋白合成能力。

細胞周期調控基因（cdc2）與應激響應基因（hsp90）表達異常，導致了細胞增殖停滯。

代謝組分析

差異代謝物（DEMs）篩選：

鑒定出 713 個差異代謝物（DEMs），涉及脂質代謝、氨基酸代謝和 TCA 循環等通路

三羧酸循環（TCA cycle）關鍵代謝物（如檸檬酸、琥珀酸）含量下降 50% 以上，提示線粒體功能受損，能量供應中斷。

組氨酸、亮氨酸等必需氨基酸合成前體減少，抑制蛋白合成；同時，毒性代謝物（如丙氨酸）積累，加劇細胞損傷。不飽和脂肪酸合成通路（如亞油酸代謝）相關代謝物下調，導致細胞膜流動性下降，進一步破壞細胞完整性。

M-CNPs顯著干擾稻瘟菌的能量代謝、氨基酸代謝及脂質代謝。

轉錄-代謝聯合分析

聯合分析：

通過整合轉錄組與代謝組數據，構建了M-CNPs抗稻瘟菌的“基因-代謝物”核心機制網絡，證實細胞膜合成基因（如MGG_09551）與幾丁質降解代謝物負相關，驗證了細胞壁破壞機制。

結語

稻瘟菌的抗菌機制到作物抗逆研究，轉錄+代謝聯合分析正不斷突破單一技術的局限，成為解碼生命復雜性的核心工具。無論是篩選抗病基因、挖掘各種疾病治療藥物靶點，還是優化微生物功能，這一多組學聯合方法都能為研究者提供思路。

凌恩 專注多組學聯合分析多年，已助力客戶在Advanced Science、Cell、Microbiome等期刊發表多篇研究成果，從實驗設計、建庫測序到數據分析，為您提供全流程服務，讓您的科研順風順水。

參考文獻

Integrative transcriptomic and metabolomic analyses reveals the toxicity and mechanistic insights of bioformulated chitosan nanoparticles against Magnaporthe oryzae.Chemosphere,2024