非生物胁迫专题——从实验设计到文章写作

多组学研究思路以及写作

非生物胁迫

• 类型
  干旱胁迫、盐胁迫、低温胁迫、高光/UV-B胁迫、高温、重金属、机械损伤、营养缺乏等
• 影响
  地理分布、产量、粮食安全
• 大牛
  朱健康、巩志忠、熊立仲、杨淑华

• 植物对非生物胁迫响应机制

  
  
  渗透胁迫、冷胁迫响应机制

保护、损伤修复模型

植物初生代谢物与次生代谢物参与植物胁迫响应

转录调控代谢物的合成，用于调节渗透压(渗透调节代谢物: 糖类、氨基酸等)、消除过量活性氧(黄酮类物质、类胡萝卜素类物质等)等；
代谢物信号激活(激素)信号通路，调控胁迫响应相关基因表达

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植物应对策略——转录调控代谢物合成

• 思路
  胁迫处理 → 表型/生理指标检测 → 转录组+代谢组分析
• 初生代谢物检测 GC-MS
• 研究一个生物学功能，激素、激素受体最重要，还有激酶、明星转录因子

• 研究路线

  
  
  研究路线图
  
  

  组织特异性取样需要用到Marker基因，即已知的在组织特异性表达的基因
  Marker基因验证，处理要得到峰值

• 研究方向
  • 非生物胁迫，不同组织中代谢物(或激素)积累模式、基因调控网络有什么不同？
  • 非生物胁迫对药用植物次生代谢物含量的影响（较初生代谢物复杂）
  • 非生物胁迫对水果果实营养品质、色泽、果皮颜色等农艺性状的影响(对于木本可以实现连枝带果实离体营养液培养+胁迫处理)
  • 多种胁迫结合 研究其对植物特定组织代谢物的影响
  • 关键基因(信号受体、激酶、转录因子等)是通过哪些代谢物介导植物的非生物胁迫响应的？调控机制是什么？

植物应对策略——代谢物(信号)介导的非生物胁迫响应

• 糖信号 —— 光、昼夜节律、低温、营养缺乏

  
  
  糖信号参与胁迫的通路
• 脂信号 —— 干旱、盐胁迫、高/低温
• 类胡萝卜素 —— 光、高/低温
• 丙酮醛 —— 盐胁迫、干旱、重金属胁迫
• 尿囊素 —— 盐胁迫、干旱、低温、营养缺乏、黑暗延长

• 植物通过代谢物响应胁迫

  
  
  植物通过代谢物响应胁迫的三种途径
  
  

  最常见的是前两种，因为到目前为止代谢物信号受体发现较少，有糖代谢物受体

• 代谢物参与胁迫响应研究思路

  
  
  代谢物介导非生物胁迫响应研究路线
• 研究方向
  • 代谢物信号如何与激素信号互作，介导植物的非生物胁迫响应？
  • 代谢物的信号功能是否依赖相关代谢反应？信号受体是什么？信号转导的机制？(需要生化实验做支撑)

利用群体代谢组解析植物对环境的适应

• 一般代谢组要解决的故事是这样的
  某些SNP变异、基因结构变异等 → 基因功能变异 → 代谢物含量变异 → 植物对胁迫、特定环境适应能力的不同

• 代谢组要解决这个故事的过程是这样的

• 样本数量达到多少可以做群体代谢组分析？

  • 一般如果要自己做mGWAS的话则要求群体数要大，建议样本数为200左右；两个生物学重复；
  • 自己做mGWAS，且想要群体小，则要选用极具代表性的样本；
  • 不做mGWAS，群体可以不用很大

• 是不是一定要做mGWAS和重测序？

• 研究方法

  • 基于大群体+mGWAS分析：建议样本数200左右(不低于150)；两个生物学重复
  • 有针对性的特定物种+公共数据库、前人已发表群体数据
  • 群体代谢组检测+其他基因定位手段（QTL+转录组）

• 研究思路

  
  
  群体代谢组研究思路

• 研究方向

  • 从代谢物的角度，思考作物驯化(如农艺性状)、特殊地理环境对植物非生物胁迫耐受性的影响

    
    
    自然选择 - 代谢组 - 耐受性关系图

文章写作

• Introduction 方法，推荐用 关键词

  • 1.简要说明选题重要性；
  • 2.总结前人研究结果；
  • 3.指出需要填补的知识空白，需要回答的科学问题；
  • 4.文中用到的一些重要、新的研究手段需要介绍一下；
  • 5.通过陈述想回答的问题，希望发现什么，准备用什么方法检测假设——开始介绍自己的研究，尽量只介绍用了什么手段，少放结果。
  • 推荐写作模板
    ①
    Therefore, understanding ... is essensial for ...
    ⑤
    In this study, we developed ... to investigate ... under ... stress
    Metabolites and DEGs under ... conditions were globally identified
    To gain further insight into ..., ... were investigated
    Overall, this study demonstrates that ..., thereby uncovering a strategy to protect crops against ...

• Results 挺好写

  • 结果部分排序：处理后植株表型、生理指标检测结果 → 代谢组检测结果 → 转录组分析
  • 结果部分每段第一句最好提出该部分研究目的，常用句型：
    In order to understand ..., we performed .... Results show that ....
    To investigate if ..., we next ....
    Since ..., we investigated .... We found that ....
    These results point toward a role for ... in ....
  • 尽量避免自建长难句，多借鉴别人的好句式

• Methods 喝咖啡

  • 引用已发表的前人方法，语言尽量简洁，不要太详细；
  • 严格按照步骤发生时间顺序描述，避免用before和after调换实验步骤顺序
    We did X, then Y.
    After X we did Y.
    We did X before we did Y.

• 实验or分析步骤复杂或关键时，建议使用流程图(flow chart)

• Discussion 费脑子

  • 从结果中提炼问题
  • 1. 你获得了哪些结果？其中哪些结果符合预期，哪些结果不符合预期，为什么？
  • 2. 文章中的研究方法有什么优势，或者缺陷？
  • 3. 我们的结果与前人的结果有什么关联？有没有结果与前人不同，为什么？
  • 4. 哪些结果是前人没有报道过的？如何解释我们新发现的结果，有什么意义？
  • 5. 文中研究结果有什么应用价值？
  • 6. 还有哪些科学问题没有回答？下一步研究怎么进行？
  • 写作模板
    In the present study, we developed a ... system that ....
    Our findings revealed ..., reflecting that ....
    Our study shows that ..../We suggest that ... Altogether, our results suggest that ... can affect plant stress response
    Altogether, these findings suggest that ....

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  若还不知测什么代谢物可选用植物广靶，缺点是不能细分代谢物类别，如蔗糖只能识别为二糖

  
  
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