离子组学

Ionomics

离子组学
离子组学
离子组学是一门研究机体内元素组成、分布与累积以及这些元素随机体生理状况、生物与非生物刺激、发育阶段、环境和遗传等因素的变化及其机制的新兴学科,其研究对象包括所有的金属、类金属和非金属。离子元素广泛地参与各项重要的生命活动,行使着重要的生理功能。

应用领域

植物化学元素检测的应用:环境评估和预测、对超积累植物的筛选并应用于环境修复领域、重金属解毒机制研究、污染土壤修复和重金属排斥机制研究

重金属含量检测的应用方向:花青素通过清除自由基、抗氧化系统的促进与激活、与重金属螯合、区室化隔离、花青素结构 / 调控基因表达等方式调节植物吸收转运重金属,从而缓解重金属对植物的毒害

样本要求
● 组织等固体样品 200mg ● 液体 500μl ● 样本类型:动植物组织、细胞、血液;植物组织、果实、种子;土壤等
● 细胞 ≥ 107 ● 建议重复6个以上 ● 液体 / 固体样品,干冰邮寄;大块需要切成 1cm3 左右块状
案例分析

全基因组关联研究揭示水稻不完整变异的遗传基础

Genetic basis of rice ionomic variation revealed by Genome-wide association studies

期刊:The Plant Cell     影响因子:8.631
发表时间:2018年10月     发表单位:华中农业大学、国家植物基因研究中心

研究背景

水稻是人体必需微量营养素和有毒微量元素的重要膳食来源。水稻中矿物成分 ( 离子 ) 变异的遗传基础在很大程度上仍是未知的。

研究设计

使用全基因组关联研究 (GWAS),该研究团队利用 529 份水稻材料,在湖北、湖南等地进行多年多点的田间试验测定了秸秆和籽粒中 17 种矿质元素的含量,并结合水稻全基因组单碱基序列多态性信息进行了关联分析,解析了水稻离子组自然变异的遗传基础。

研究结果

其中 32 个位点在不同试验地点被重复检测到,40 个位点在同一试验点的不同田间试验中被重复检测到。预测了 42 个位点的候选基因,并对其中 3 个位点的候选基因进行了功能验证,包括 OsHKT1;5、OsMOT1;1 和Ghd7 等,该研究为稻米营养品质的遗传改良提供了可用的遗传位点及一定的理论基础。

图 1 基于水稻自然种群的离聚对主成分包括田间条件、亚群和组织的层次聚类利用各元素的集中浓度进行聚类

图 2 根据物理距离,在 12 条染色体上重复扫描的 72 个共同基因座的分布

图 3 收集的不同 Os-HKT1:5 单倍型中 Na 浓度的分析。彩色背景下的字母是对应位置氨基酸残基的单字母代码。红色和蓝色分别表示与 Hap2 中相同和不同的氨基酸残基

图 4 基于近等基因系和转基因植株分析 Ghd7 在水稻氮素积累中的作用

结论

通过对水稻离子变异遗传结构的全面研究,有助于揭示植物体内矿质营养和微量元素组成的调控机制。

参考文献

Yang M , Lu K , Zhao F J , et al. Genetic basis of rice ionomic variation revealed by Genome-wide association studies[J]. The Plant Cell, 2018, 30