植物代謝組學(xué)知識(shí)講解課件

植物代謝組學(xué)及其應(yīng)用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙會(huì)我目錄、植物代謝組學(xué)的概念和意義、代謝組學(xué)在系統(tǒng)生物學(xué)中的地位、植物代謝組學(xué)的研究方法四、代謝組學(xué)在植物科學(xué)中的應(yīng)用五、展望、植物代謝組學(xué)的概念和意義1、概念生物學(xué)中“組”的概念◆“組”:來(lái)源于希臘語(yǔ)ome,意指每個(gè)、所有、全部◆以它為后綴最先用于基因組:genome,指一個(gè)物種的全部遺傳組成?！糇曰蚪M學(xué)概念提出后,帶組學(xué)(omIcs)的概念出現(xiàn)有200多種。如蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等。近年來(lái)隨著生命科學(xué)研究的發(fā)展,尤其是完成擬南芥(Arabidopsisthaliana)和水稻(Oryzasat/va)等植物的基因組測(cè)序后,植物科學(xué)發(fā)生了翻天覆地的變化。有人說(shuō)生命科學(xué)研究跨入了后基因組時(shí)代。人們已經(jīng)把目光從基因的測(cè)序轉(zhuǎn)移到了基因的功能研究。在研究DNA的基因組學(xué)、mRNA的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)的蛋白組學(xué)后接踵而來(lái)的是研究代謝物的代謝組學(xué)。代謝組:是指細(xì)胞或者生物體內(nèi)的所有代謝物的總和,也有人將它定義為細(xì)胞、組織、器官或者生物體內(nèi)的所有小分子代謝組分的集合。代謝組學(xué):通過(guò)大量代謝成分的定性、定量分析來(lái)定義生物體的生化表型(代謝表型)及其與基因型的關(guān)系,從而為研究基因功能、詮釋生命現(xiàn)象提供大量的代謝信息,這就是代謝組學(xué)(metabolomics)。2、意義●通過(guò)研究不同物種的代謝產(chǎn)物,可以指導(dǎo)植物分類學(xué),對(duì)植物進(jìn)行更加合理的分類●通過(guò)研究不同基因型植物的代謝物,可以發(fā)現(xiàn)新的功能基因,促進(jìn)轉(zhuǎn)基因植物的研究,同時(shí)還可以對(duì)轉(zhuǎn)基因植物及其在食用方面的安全性進(jìn)行代謝物組學(xué)水平上的評(píng)估●通過(guò)研究不同生態(tài)環(huán)境下植物的代謝產(chǎn)物:了解植物的區(qū)域性分布。如果所研究的植物是某種藥用植物,則就可以應(yīng)用于中藥道地藥材的確定;●植物在受到某種內(nèi)部或外界因素刺激之后會(huì)產(chǎn)生的特定的應(yīng)激變化,最終會(huì)表現(xiàn)在代謝物的改變上,通過(guò)研究這種變化規(guī)律,為從植物中定向培養(yǎng)得到某一特定代謝物提供指導(dǎo)。代謝組學(xué)在系統(tǒng)生物學(xué)中的地位20世紀(jì)未到本世紀(jì)初,大規(guī)模的基因組測(cè)序工作產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。但僅僅是依賴DNA序列我們能夠得到的信息還是有限的,科學(xué)家迫切希望在整體水平上了解基因表達(dá)的特征和基因所編碼的產(chǎn)物的功能。因此,“功能基因組學(xué)functionalgenomics)”的研究逐漸興起。它是通過(guò)大規(guī)模地分析細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)水平蛋白質(zhì)組)上的變化,進(jìn)而推測(cè)基因功能,這就開(kāi)啟了“功能基因組學(xué)”的研究。然而,轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組不一定能很好地預(yù)測(cè)基因的功能。盡管轉(zhuǎn)錄組攜帶了細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的密碼子,但是mRNA水平上的增加與蛋白質(zhì)水平的增加并不一致,況且蛋白質(zhì)合成后的各種修飾往往帶來(lái)活性的改變?？紤]到這些因素,僅憑轉(zhuǎn)錄組或者蛋白質(zhì)組的改變不一定能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)生化表型(代謝物)的改變。另外,在建立轉(zhuǎn)錄譜和蛋白譜的時(shí)候,要鑒定一種mRNA或者蛋白質(zhì),現(xiàn)代的技術(shù)手段主要是通過(guò)序列相似性比對(duì)和與數(shù)據(jù)庫(kù)的匹配來(lái)確定的,這樣的鑒定主要依賴于匹配度,因此不是直接的。由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)信息的缺乏,轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組也就只能提供有限的信息。代謝組可以在代謝物的基礎(chǔ)上來(lái)區(qū)分表型;不論是可見(jiàn)的還是不可見(jiàn)的表型,用代謝物來(lái)區(qū)分可能是更無(wú)偏見(jiàn)的,至少是提供了代謝水平上的證據(jù)。而且,在那些由突變體或者轉(zhuǎn)基因造成的可以測(cè)量的表型變化的實(shí)例中,代謝組的方法可以被用來(lái)闡明造成這種可見(jiàn)表型的生化原因或者結(jié)果。因此,以DNA、mRNA、蛋白質(zhì)和代謝物為研究對(duì)象的基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)是一個(gè)密切相關(guān)的整體,他們共同構(gòu)成系統(tǒng)生物學(xué)(systemsbiology)。轉(zhuǎn)錄很蛋自面組RNA表達(dá)司多數(shù)基因組DNA序列庫(kù)代謝組代謝產(chǎn)物據(jù)庫(kù)揚(yáng)示基因功能,