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植物生长的神秘力量，如何利用基因书写未来
生物过程具有复杂性和整体性，单组学数据难以系统全面解析复杂生理过程的分子调控机制。而多组学（Multi-omics）联合分析可同时实现从“因”和“果”两个层面研究生物学问题，并对其相关性进行验证。 多组学研究是探究生物系统中多种物质之间互作的方法，包括基因组学、表观转录组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等，这些物质共同影响生命系统的表型、性状等。
植物通过细胞的分裂和伸长实现了其体积和重量的不可逆增长。这一过程不仅增加了植物的物理尺寸，也为其提供了必要的结构支持。植物通过分生组织中的细胞转变成具有特定结构和功能的成熟细胞，进而形成了植物体的不同部分，如根、茎、叶等。这种转变过程称为细胞分化，它使得植物能够发展出复杂的组织和器官结构，从而适应各种环境条件。
植物的生长发育是一个极其复杂而又至关重要的生命过程，涉及基因表达的调控以及多种信号传导途径的相互作用。为了更深入地理解这一过程，科学家们采用了多组学方法，即整合表观转录组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学及基因组学等多种数据来源，以全面揭示植物发育过程中基因调控网络和信号通路的工作机制。
这种综合性的研究方法不仅有助于我们深入了解植物的生命活动，还能够帮助我们更好地理解植物如何响应环境变化，从而为改善作物的产量和品质提供科学依据。通过对这些复杂过程的了解，我们可以开发出更有效的农业策略，以应对全球气候变化带来的挑战，并提高农作物的生产力。
技术路线
案例赏析
1.RNA-seq+蛋白组+代谢组揭示赤霉素-脱落酸中枢调控墨兰花发育的机制
Integrated proteomic, transcriptomic, and metabolomic profiling reveals that the gibberellin–abscisic acid hub runs flower development in the Chinese orchid Cymbidium sinense（Horticulture Research,2024,IF：7.6)
实验材料: 中国墨兰花蕾发育的六个阶段
组学技术: RNA-seq、蛋白组、代谢组
主要结果：
1、 鉴定了35551个转录本，7245个蛋白质和69种与主要植物激素相关的潜在代谢物。
2、 选择了具有相应蛋白表达趋势的转录本进行WGCNA分析。获得10个关键调控模块，发现花发育早期主要为开花时间和分生组织决定相关的调控网络，而后期主要是激素信号途径。通过重点挖掘花芽休眠与再次发育激活的关键因子，发现 GA和ABA是主要调控枢纽。
3、 外施GA可显著促进花发育基因表达，花芽快速抽长。外施ABA抑制花芽发育，而ABA抑制剂则促进休眠的解除。MADS-box基因CsAPETALA1（CsAP1）被确定为ABA抑制花芽发育的潜在靶点，CsAP1的启动子中存在多个ABA应答元件(ABRE)，其表达受ABA负调控。ABA抑制剂的应用可能通过阻断了ABA对CsAP1的抑制，释放CsAP1从而激活墨兰花发育过程。
2.Direct RNA测序+蛋白质组揭示干旱条件下毛果杨茎分化木质部的表观转录组和蛋白质组变化
Drought induces epitranscriptome and proteome changes in stem-differentiating xylem of Populus trichocarpa（Plant Physiology,2022,IF 8.005）
实验材料: 3个月的毛果杨，无干旱处理（ND），5天(D5)和7天(D7)干旱处理后的茎分化木质部（SDX）,DRS（2个重复）。
组学技术: Direct RNA测序、TMT蛋白组
主要结果：
1、Direct RNA-seq分析显示在干旱处理后，全长reads的百分比降低，m6A平均比值在干旱胁迫下增加。
2、Direct RNA-seq的RNA修饰分析结果表明在干旱胁迫下，平均m6A比值增加，其中木材形成基因的m6A比例增加，结合TMT蛋白组的结果发现这种比例增加同时伴有mRNA和蛋白的表达下降，说明m6A刺激纤维素和木质素相关基因的RNA降解。
3、Direct RNA-seq的Poly(A)位点usage分析显示干旱胁迫促进了包括CPSF30在内的许多基因向远端Poly(A)位点的转移。
4、Poly(A)长度与转录本表达及蛋白质表达的关联分析表明低、中、高水平最佳密码子的转录本在PAL分布、mRNA丰度和蛋白质丰度方面存在显著差异。而无论是干旱处理还是非干旱处理，PAL和蛋白质丰度之间都没有实质性的关联。
5、Poly(A)长度与转录本表达关联分析显示高表达基因往往具有短PAL，而低表达基因则倾向于长PAL。
3.ATAC-seq+RNA-seq揭示了杨树叶片光合过程的调控网络
Integrating ATAC-seq and RNA-seq to identify differentially expressed genes with chromatin-accessible changes during photosynthetic establishment in Populus leaves（Plant Molecular Biology,2023,IF5.1）
实验材料: 杨树‘南林895’新长出的叶片,第一叶到第六叶（L1至L6）
组学技术: RNA-seq、ATAC-seq
主要结果：
1、 L1至L3是叶片光合建立的关键时期。通过整合L1和L3叶组织的ATAC-seq和RNA-seq数据，表征了包含特定开放启动子区域的DEGs。
2、 这些基因参与叶发育，如影响细胞增殖的GRF1、GRF3、GRF6、Dof3.4/OBP1和ANT，影响细胞扩展的NGA1和NGA3，以及与生长素响应相关的ARF2和ARF5。
3、 motif富集分析获得了调节这些基因的各种TFs，主要包括gain DAR DEGs中的TCP、AT-Hook、bZIP和HD-ZIP TFs，以及loss DAR DEGs中的Dof、BBR-BPC和MYB TFs。在此基础上，获得了与叶解剖学相关的DEGs在叶片光合作用建立中的调控网络。
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