植物在生长过程中会面临各种类型的胁迫，这些胁迫可以分为两大类：非生物胁迫（abiotic stress）和生物胁迫（biotic stress）。非生物和生物胁迫对农业生产构成了重大挑战，它们不仅会影响作物的生长和发育，还会导致产量和质量的下降。

高盐、低温、干旱、盐碱、重金属污染等非生物胁迫严重影响植物的生长和生存能力，例如，高温胁迫可能导致植物脱水、光合作用效率下降等；盐胁迫产生高渗压与高离子浓度严重阻碍了植物从土壤中有效吸收水分和必需养分，引发了植物体内的代谢失衡。

病害、虫害、杂草危害等生物胁迫会干扰植物的正常生长发育进程，导致植物外观受损、产量与品质下降，例如，真菌、细菌、病毒等病原体可以直接侵染植物，导致病斑、萎蔫、腐烂等症状；昆虫害虫如蚜虫、螨类、鳞翅目幼虫等可以啃食叶片、茎干和果实，导致植物组织损伤。

案例一 转录组+蛋白组+代谢组联合分析揭示南瓜对四环素胁迫的响应机制

Integrated transcriptomic, proteomic and metabolomic analysis provides new insights into tetracycline stress tolerance in pumpkin

(Environmental Pollution, 2024.1, IF 7.6)

实验材料：四环素（0, 10mg/L）处理7天的南瓜根组织

组学技术：RNA-seq、蛋白组、非靶代谢组

主要结果

1、代谢组结果显示四环素可以通过抑制色氨酸代谢和改变核苷酸代谢抑制RNA合成和植物生长。

2、转录和蛋白协同表达基因的KEGG结果表明内质网蛋白质加工、谷胱甘肽代谢和淀粉及蔗糖代谢的蛋白质与mRNAs正相关，说明转录和合成在这些过程中发挥协同作用。

3、转录组和代谢组分析显示，在四环素处理下，黄酮生物合成途径中的主要代谢物变化与mRNA水平的变化一致。

这项研究中四环素对南瓜根系中黄酮生物合成和氨基酸代谢的影响，为深入研究植物对四环素压力的响应机制奠定了基础。

案例二 全长转录组和代谢组分析揭示了甜瓜对蔓枯病的防御响应

Integrated full‐length transcriptome and metabolome analysis reveals the defence response of melon to gummy stem blight

（Plant, Cell & Environment, 2024, IF 7.3）

实验材料：抗性品系（PI511089）和易感品系（Payzawat）两种甜瓜品系，取GSB（蔓枯病病菌）感染24小时后的叶片

组学技术：Nanopore全长转录组+代谢组

主要结果：

1. 全长转录组数据显示在抗性品种PI511890中，差异表达基因富集在次生代谢物生物合成和MAPK信号通路。两个品种鉴定的可变剪切事件存在差异，表明可变剪接事件参与了甜瓜对蔓枯病病原体感染的防御反应。

2. 代谢组学分析表明，黄烷酮类化合物和草酸在受到GSB感染后在PI511890中特异性积累，这些代谢物可能是GSB抗性的潜在标志物。

3. 转录和代谢联合分析显示转录后调控在甜瓜对 GSB 的防御反应中发挥着广泛的作用，而且 PI511890 和 Payzawat 通过调节不同的代谢途径展现出不同的防御反应。

案例三 ATAC-seq和转录组学揭示了调控马铃薯冷驯化能力的分子机制

Integrated analysis of ATAC-seq and transcriptomic reveals the ScDof3-ScproC molecular module regulating the cold acclimation capacity of potato

（Plant Physiology and Biochemistry, 2024, IF 6.5）

实验材料：培养至8周后的野生马铃薯CMM5，在4°C条件下，处理0小时（CA0h）和14天（CA14d）时的叶片

组学技术：ATAC-seq、RNA-seq

主要结果：

1. ATAC-seq数据分析显示冷驯化14天后，染色质可及性发生了显著变化，尤其是在启动子-TSS区域和外显子区域，同时染色质开放区域的数量和相关基因的数量显著增加。

2. ATAC-seq和RNA-seq数据联合分析显示染色质可及性和基因表达之间存在关联，并鉴定出几个特异的转录因子，包括ABF2、Dof3、PIF4和MYB4，它们在冷驯化过程中可能发挥重要作用。

3. 通过实验验证ScDof3通过调控ScproC的转录来增加脯氨酸含量，进而促进马铃薯的抗冻性。

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参考文献：

Yu J, et al. Integrated transcriptomic, proteomic and metabolomic analysis provides new insights into tetracycline stress tolerance in pumpkin. Environ Pollut. 2024. doi:10.1016/j.envpol.2023.122777

Wang H, et al. Integrated full-length transcriptome and metabolome analysis reveals the defence response of melon to gummy stem blight. Plant Cell Environment. 2024. doi:10.1111/pce.14865

Li X, et al. Integrated analysis of ATAC-seq and transcriptomic reveals the ScDof3-ScproC molecular module regulating the cold acclimation capacity of potato. Plant Physiol Biochem. 2024.