A Multi-OmicApproach to Reveal the Effect of Low-Level Gamma Radiation on Rice Seeds

Postery | 2016 | Agilent TechnologiesInstrumentace
GC/MSD, GC/MS/MS, GC/HRMS, GC/Q-TOF, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
Zaměření
Potraviny a zemědělství
Výrobce
Agilent Technologies

Význam tématu


Studium vlivu nízkodávkového záření na semena rýže je zásadní pro pochopení genetických a metabolických obranných mechanismů rostlin vystavených dlouhodobé kontaminaci půdy. Identifikace takových odpovědí pomáhá vyvíjet biomarkery pro sledování environmentálního zatížení radionuklidy a optimalizovat zemědělské postupy na postižených lokalitách.

Cíle a přehled studie


Tato práce využívá integrovaný multi-omický přístup k analýze semínek pěstovaných na půdě kontaminované nízkodávkovým gama zářením v oblasti Iitate ve Fukušimě. Hlavním cílem bylo simultánně zkoumat změny v transkriptomu a metabolomu za účelem odhalení klíčových genů a metabolických drah zapojených do reakce na záření.

Použitá metodika a instrumentace


Pro analýzu transkriptomu a metabolomu byly aplikovány následující kroky:
  • Extrahování RNA a mikroarray analýza na platformě Agilent rice 4×44 k microarrays; RNA QC prováděný na Agilent 2100 Bioanalyzeru.
  • Potvrzení vybraných genů pomocí jednokrokové qRT-PCR na Agilent Real-time PCR System.
  • Metabolitická extrakce biphasickou metodou (chloroform-methanol-voda) a derivatizace pro GC/Q-TOF.
  • GC/Q-TOF analýza na Agilent 7200 Series se standardem Fiehn GC/MS Metabolomics Kit.
  • LC/Q-TOF analýza organických a vodných frakcí na Agilent 1290 Infinity LC System s 6550 Q-TOF detektorem.
  • Datová zpracování v softwarech MassHunter Unknown Analysis (verze B.07.00), Agilent GeneSpring/MPP 13.1 a Pathway Architect.

Hlavní výsledky a diskuse


Analýza odhalila 2 331 diferenciálně exprimovaných genů a 383 metabolitů s významnými změnami (p < 0,05; fold change > 2). Integrace dat poukázala na překryvy v drahách:
  • Fenylpropanoidová biosyntéza a metabolismy aminokyselin (fenylalanin, tyrosin, tryptofan).
  • Metabolismus mastných kyselin a energie.
  • Glutathionový a peroxisomální metabolismus spojený s ochranou proti oxidačnímu stresu.
  • Produkce sekundárních metabolitů zapojených do buněčné obrany a stavby buněčné stěny.

Zvýšená exprese genů kódujících peroxidázy a chorismate mutázy odpovídala vyšší akumulaci antioxidantů a fenolických sloučenin. Naproti tomu pokles koncentrací některých aminokyselin (L-arginin, L-methionin) odrážel přesměrování uhlíku do stresových drah.

Přínosy a praktické využití metody


Integrovaný multi-omický postup nabízí komplexní pohled na reakce rostlin na nízkodávkové záření. Identifikované geny a metabolity lze využít jako radio-markery pro rychlou detekci environmentálního zatížení. Metoda je aplikovatelná v QA/QC laboratořích, bioremediaci a zemědělském výzkumu kontaminovaných oblastí.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Rozšíření na další plodiny a stresory (chemické, tepelné).
  • Implementace pokročilých bioinformatických nástrojů pro strojové učení a prediktivní modelování odpovědí rostlin.
  • Vývoj rychlých testů in situ založených na klíčových biomarkerech.
  • Širší spolupráce mezinárodních sítí pro monitoring radioaktivní kontaminace.

Závěr


Studie předkládá první komplexní multi-omickou charakterizaci semínek rýže vystavených nízkodávkovému gama záření. Kombinace genomických a metabolomických dat zdůraznila koordinované obranné mechanismy a identifikovala potenciální biomarkery pro environmentální monitoring.

Reference


  • Hayashi G.; et al. Unraveling low-level gamma radiation-responsive changes in expression of early and late genes in leaves of rice seedlings at Iitate village, Fukushima. Journal of Heredity, 2014, 105, 723–738.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

A Multi-omic Approach to Reveal the Effect of Low-level Gamma Radiation on Rice Seeds
Integrated Transcriptomics and Metabolomics Study of Retinoblastoma Using Agilent Microarrays and LC/MS/GC/MS Platforms
Metabolomics of Vitreous Humourfrom Retinoblastoma Patients
Metabolomic Profiling of Bacterial Leaf Blight in Rice