响应和恢复gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba磷酸盐饥饿的转录组gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

在现代农业中过度使用磷肥会污染水道，破坏自然生态系统。然而，这在农民中是一种常见的做法，尤其是在发展中国家，因为人们认为充足的化肥可以提高作物产量。植物磷酸盐代谢及其遗传途径的研究是发现高效施肥方法的关键。本文介绍的工作描述了支持根和芽的响应和恢复的分子动力学的全基因组资源gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Baphosphate-starvation。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

通过微阵列和切片阵列(可从GEO: GSE34004获得)进行的全基因组分析显示，根和茎的转录组之间的重叠极小，这表明两个独立的磷酸盐饥饿规则。在超过1000个候选基因中检测到新的基因表达模式，并将其分为初始反应者、持续反应者和潜在反应者。与AtGenExpress的比较分析确定了多个刺激共同调节的基因队列。激素ABA在调节许多磷酸盐反应候选者中发挥了主导作用。共同调控的分析能够确定与磷酸盐饥饿密切相关的基因家族的特定成员和一般成员。因此，除其他外，我们证明了gydF4y2BaPHR1 -gydF4y2Ba密切相关的磷酸盐反应家族的调控成员(gydF4y2BaPHT1; 1gydF4y2Ba，gydF4y2BaPHT1; 7 - 9gydF4y2Ba，gydF4y2BaSPX1-3gydF4y2Ba,gydF4y2BaPHO1; H1gydF4y2Ba)对磷酸盐饥饿表现出比它们更一般的对应物更大的特异性。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

我们的研究结果揭示了比先前描述的更大的对磷酸盐饥饿的阶段性反应。据我们所知，这项工作描述了迄今为止关于植物营养胁迫的最完整的全基因组数据。gydF4y2Ba

磷是作物肥料中最重要的宏量营养素之一[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．虽然它的需求量很小[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba大多数作物植物需要无机形式的磷，如磷(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba)，但在许多土壤条件下并不容易获得[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］．因为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-极限应力，PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba农业上使用化肥来提高土壤磷含量gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba提高作物产量的浓度[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．然而，过度使用PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba化肥导致了过量磷的流失gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba进入破坏生态系统的水道[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．因此，植物磷的研究具有经济和生态的动力gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba希望这项工作的结果有助于培育磷增强的作物gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba提高使用效率，从而减少不必要的、过量的磷的使用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba肥料。gydF4y2Ba

而许多研究者对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba模型植物中的信号gydF4y2Ba拟南芥,gydF4y2Ba直到最近，高通量技术才被应用于解决这一问题[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．迄今为止，可获得的全基因组数据数量有限，而且没有一个数据集可以作为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba信号。因此，我们将一项全基因组研究与另一项研究联系起来的能力受到数据不足的限制。在这里，我们的目标是通过记录和描述地震的响应和恢复来构建一个可参考的数据集gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba的全基因组转录组到PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba饥饿(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba})的分辨率比先前报道的高。gydF4y2Ba

以往的研究表明，在相关的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}但独立研究之间存在很大程度的差异(见附加文件)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．几个因素可能导致这种观察到的变化:(1)使用不同的方法来操纵PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba在当地环境中的浓度;(2)研究了不同组织、器官和植物种类对磷的影响gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-传感和基因反应电路;(3)以前的工作没有在全基因组范围内分析根和芽的独立反应;(4)由于天然磷gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba在植物样品中，很难确定饥饿处理的持续时间;(5)缺乏全面的研究作为基本参考。gydF4y2Ba

为了解决上述问题，我们不仅要在拟南芥中鉴定新的遗传成分gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}回应，但也提供结果，可以作为未来调查的参考。为此，我们设计了实验，分别评估磷胁迫下植物根和芽的差异基因表达gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}(“响应”阶段)，然后返回到充满条件(“恢复”阶段)。总的来说，我们分析了18个微观和18个平铺阵列，由以下样品结构组成:从2个器官(根和芽)采样的3个生物重复，每个重复暴露于3种条件(模拟(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba})、饥饿(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba})，并填满(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba))。对照PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}针对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba}，而基因恢复则通过PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}样本。通过这种方式，我们旨在通过为分析器官特异性反应和恢复提供共同参考来解决前三个问题。为了解决(4)，我们提供了分子证据，证明基因确实对磷有反应，并随后从磷中恢复过来gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．我们在一定程度上解决了(5)，因为我们的实验模型通过使用ATH1微阵列和平铺阵列平台进行转录组分析，分析了相同环境下植物的响应和恢复数据，从而生成了高质量的数据集。gydF4y2Ba

我们的数据表明，在施磷期间和施磷后，根和嫩枝的分子反应存在显著差异gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．我们发现PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}以时间和器官依赖的方式。此外，在与AtGenExpress计划生成的微阵列数据的比较研究中，我们开发了一种方法，用于确定与P有关的密切相关基因家族的特定成员与一般成员gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．作为一项全基因组研究，我们确定了许多以前未知的基因对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．为了进一步验证其功能的特异性，我们对许多候选的其他应力可能共同调节进行了文献调查。我们相信，我们的工作共同描述了迄今为止可供社区使用的全基因组数据的最高分辨率。登录代码GSE34004可用于从基因表达综合(GEO)中访问微阵列和平贴阵列数据。gydF4y2Ba

实验设计和质量评估gydF4y2Ba

我们加入了器官特异性PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}治疗和康复归为一组实验。简单地说，我们在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba足够的培养基培养20天，然后在P中培养10天gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba不足(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba})或足够(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba})培养基来测量基因表达反应。生长在P的植物gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba然后将有缺陷的培养基转移到PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba足够的培养基再维持3天(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba)来恢复。分别从不同的植物样品中采集根和芽，进行3次重复实验。通过对三种处理(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba}PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}，和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba)我们发现了在反应和恢复过程中具有基础表达的基因，这些基因最初对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}其中，在恢复期间持续(未恢复)初始反应的基因和仅在恢复阶段潜在反应的基因。这4种状态允许我们定义9类基因表达模式(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，通过比较根和芽的反应，我们能够观察到高达81 (9gydF4y2Ba^根gydF4y2Bax9gydF4y2Ba^{拍摄gydF4y2Ba})描述器官特异性或常见基因表达模式的类(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba我)。gydF4y2Ba

为了增加对观察到的变化的信心，我们使用了两个独立的平台来检测全基因组表达变化。我们首先将所有cDNA样本杂交到Affymetrix ATH1微阵列中gydF4y2Ba．gydF4y2Ba在确定每个芯片具有足够的质量后，我们继续在响应过程中检测差异调控基因(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}/ PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba})和恢复(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba/ PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba})(见附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．随后，我们用主成分分析(PCA)分析了基因响应与恢复之间、根与芽之间的正交关系(图gydF4y2Ba2gydF4y2Baa、b)。的确，这里的1gydF4y2Ba^圣gydF4y2BaPC可能解释了广泛的变化，2gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba和3gydF4y2Ba^{理查德·道金斯gydF4y2Ba}电脑捕捉到了真实的生物现象。例如，2gydF4y2Ba^ndgydF4y2BaPC占总变异量的12%(图gydF4y2Ba2gydF4y2Baa)并明确区分根和芽样(图gydF4y2Ba2gydF4y2Bab-xAxis);还有，3gydF4y2Ba^{理查德·道金斯gydF4y2Ba}PC突出PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba}PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}，和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba治疗(图gydF4y2Ba2gydF4y2Bab-yAxis)。重要的是，根据3gydF4y2Ba^{理查德·道金斯gydF4y2Ba}电脑,PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba}和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba结果表明，各处理的根、梢含量密切相关gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在两个器官中。gydF4y2Ba

为了增加我们数据的可信度，我们将相同的cDNA文库与Affymetrix tile -arrays 1.0R进行杂交，使用cisgenome软件进行处理[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．我们最初通过计算ATH1阵列上的探针集与平铺阵列1.0R上相应探针之间的折叠变化相关性来评估两个平台之间的数据奇偶性。根系响应、根系恢复、叶片响应和叶片恢复在两个平台间的相关性均在0.8以上gydF4y2Ba2gydF4y2Bac).此外，我们通过定量逆转录酶PCR (qRT-PCR，见附加文件)确认了从两个平台中选择的37个基因的转录水平gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

小说PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-信号模式在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}

根和芽的响应与恢复基因表达模式gydF4y2Ba

拟南芥根系对磷有几种新的反应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在之前的全基因组研究中未观察到。以前的几项研究都独立地确定了最初对[有反应]的基因集。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba或recover from恢复gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}［gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．然而，我们能够额外识别在3天恢复期持续表达的基因，以及其他对P有潜在反应的基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在复苏。此外，我们能够以器官特异性的方式描述这些反应。ATH1探针组(以下简称“基因/s”)检测到的1257个基因在根系饥饿和恢复过程中存在差异表达。表格gydF4y2Ba1gydF4y2Ba强调了用于对1257个基因进行分类的标准。大部分根响应基因(310个，≈25%)属于“初始积极响应”类(IPR)。这些基因在饥饿期间显著上调，但在恢复后恢复到基础水平(图gydF4y2Ba1gydF4y2Bae, f, g, h)。110个基因(≈8%)被负调控，属于“初始负反应”类(INR)。相比之下，47和50个基因在恢复期间分别继续上调(“持续阳性反应”，PPR)或下调(“持续阴性反应”，PNR)。相当一部分基因(58%)仅在P启动后才对恢复有反应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．我们将这些潜在基因分为“潜在阳性反应”(LPR;420基因)或“潜在阴性反应”(LNR;320基因)类。因此，740个基因(LPR + LNR)的潜在反应与磷具有同等的相关性gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-信号作为初始和持续饥饿反应基因的组合(来自IPR, INR, PPR和PNR的517个基因)。然而，如图所示gydF4y2Ba1gydF4y2BaG，潜在响应基因(红色/橙色)通常比初始响应基因(深绿色/浅绿色)受到更小程度的调控(折叠变化)。gydF4y2Ba

对于芽，使用与根相同的标准来鉴定差异表达基因(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，我们将182个基因分为反应和恢复类(图gydF4y2Ba1gydF4y2Baa, b, c, d)。在这182个基因中，有69个(≈38%)被鉴定为IPR，只有1个被鉴定为INR。简单地，我们将剩下的112个基因分类如下:18个PPR和2个PNR;LPR 23, LNR 69。除了大的LPR响应在根(图gydF4y2Ba1gydF4y2BaH)，根类和芽类的基因数量分布相似，潜在反应基因的数量(92个)约等于初始反应和持续反应基因的数量之和(90个)。此外，我们注意到，芽组织中48%的响应基因最初上调，其余基因在芽中潜伏下调。因此，芽组织在基因表达模式上显示出明显的变化，从几乎绝对的初始积极反应到同样强烈的潜在消极反应。gydF4y2Ba

植物根、芽的基因表达恢复正常gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在满血状态下3天后gydF4y2Ba

大多数显著表达的基因，在最初的芽期(图gydF4y2Ba1gydF4y2Baa-black)和root(图gydF4y2Ba1gydF4y2Bae-black)的表达量在3天后恢复到基础表达水平gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-充分条件(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba)．这表明了基因必须在整个物种中传播的大趋势gydF4y2Bay =−xgydF4y2Ba轴(图gydF4y2Ba1gydF4y2BaC,g -虚线红线)，即全恢复轴。我们注意到，在9种反应和恢复类型中，有2种既没有在芽中也没有在根中观察到。这两个未被发现的类别，“持续积极反应”(CPR)和“持续消极反应”(CNR)描述了在反应和恢复阶段以相同的方式显著反应的基因(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．在我们的数据集中这些类的缺失，以及我们数据的总体趋势和P的表达式配置文件gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-饥饿响应非编码rnagydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba，gydF4y2BamiR399gydF4y2Ba,gydF4y2BamiR827gydF4y2Ba(见附加文件)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，证实在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba恢复期宜选择充足的培养基。gydF4y2Ba

共表达与器官特异性基因表达模式gydF4y2Ba

根和芽对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}通过不同程度地调节初始反应基因和持久反应基因。PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-信号级联在预期PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba条件，观察到的基因在潜伏反应类。根反应包括89个基因，这些基因在总共182个茎部反应基因中也有差异调节(图2)gydF4y2Ba1gydF4y2Bai-除第一个以外的所有行和列)。然而，这两个器官都显示出特有的基因表达模式。此外，根占总磷的87%gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因。在没有89个普遍调控基因的情况下考虑根/梢反应，发现至少2个组织特异性和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba敏感调节子。89个共调控基因可能参与了系统性PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba这些假定的系统调节因子中有60%在两个器官中以相同的方式被差异调节(图gydF4y2Ba1gydF4y2Bai-diagonal)。Thibaud等人(2010)确定了42个系统调控基因，其中16个基本调控，14个被认为在我们的根和茎数据集中都受到调控。在我们研究的其余35个基因中(40%)，8个和1个分别在根和芽中普遍上调和下调;而有26个基因在两个器官之间表现出拮抗行为。gydF4y2Ba

响应恢复分为9个不同的类，反映了P的分子多样性gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba- P信号gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．根和芽的独立分析有助于识别系统和器官特异性反应。系统和器官特异性基因的差异调控表明了PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}响应。在下面，我们展示了公共数据库和当前文献中观察到的类和注释之间的相关性。gydF4y2Ba

微阵列平台缺失基因的响应和恢复gydF4y2Ba

与ATH1微阵列相比，1.0R平铺阵列平台的一个明显优势是检测来自微阵列优化探针未覆盖的基因组区域的转录本。事实上，TAIR8有26,956个核蛋白编码基因的注释(AGI标识符，PUBMedID: 22140109)。其中，21912个(81%)基因由ATH1微阵列上的探针表示。考虑到这一点，我们开始描述对P的转录反应和恢复gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}ATH1微阵列无法检测到剩余5044个基因。gydF4y2Ba

所有在1.0R平铺阵列上具有代表性探针少于3个的基因都被排除在进一步分析之外。对于剩余的4730个基因，每个处理条件下的转录丰度使用与微阵列分析中相同的中位优化方法计算(PUBMedID: 18348734)。所有基因(GgydF4y2Ba_{其它gydF4y2Ba})按标准差(σ)归一化评估，|G为差异表达基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba/σ| > = 3。这确保了只有差异最大的表达基因(根反应中的前1.5%)被认为是受调控的。进一步利用该方法检测了根恢复过程中的差异表达，并再次检测了茎部反应和恢复。使用这些数据，微阵列中缺失的基因被分为9个响应-恢复类中的1个，类似于表中描述的基因分类gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．该方法将4730个tile -array特异性基因中的477个分类为差异表达(表2)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba）;171个基因是根特异性的，242个是芽特异性的，64个是系统调控的。关于所有4730个基因的反应和恢复的详细信息可以在补充数据中找到(见附加文件)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

功能相关基因位点分析gydF4y2Ba

使用GO-SLIM，我们收集注释并计算gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba对于根和芽数据集中分类的所有基因(1350个基因)。排名最高的术语是“细胞对磷酸盐饥饿的反应”(Bonferroni调整)gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba= 3.81 × 10gydF4y2Ba^{-13年gydF4y2Ba})．21个基因中有13个在两个器官均有表达，且主要表现为IPR模式。一些附加的术语，如“半乳糖生物合成过程”和“糖:氢转运体活性”被认为是重要的。不出所料，这些术语描述的是已知的P基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应。因此，我们的目标是通过关注反应和恢复背景下的基因表达变化以及两个单独的器官来扩展现有的知识。gydF4y2Ba

已知PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba根和梢的响应基因位点gydF4y2Ba

为了便于与之前的研究进行比较，我们能够识别出总共84个在文献中被各种描述并被TAIR注释为P的基因(AGI标识符)gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应式(参见附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)．我们根据它们的功能注释对这84个基因进行聚类(图gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba-heatmap)，并确定了8个部分重叠的功能集群。数字gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa-h表示这些已知P的基因表达模式gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应基因在饥饿和恢复期间在我们的根数据集中。通常，这8个簇将涉及转录、质体代谢、损伤反应、PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-转运，花青素生物合成，半乳糖和糖脂生物合成。使用Bonferroni修正gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba在0.001的阈值下，我们将84个基因中的30%归类为根部的IPR。然而，大多数(60%)已知位点没有明显反应。这也许并不奇怪，因为这些基因是从许多研究的结果中聚集起来的，每一项研究都采用了不同的方案。在剩下的10%中，gydF4y2BaPEPCK2gydF4y2Ba对饥饿表现出持久的积极反应gydF4y2BaAATgydF4y2Ba持续的消极反应。两组不同的基因分别在根中以潜在的方式反应:LPR (gydF4y2BaPap1, cat3, pho1gydF4y2Ba)及LNR (gydF4y2BaUgp orf02 atppc1 lpr1gydF4y2Ba)．当我们对嫩枝中的基因表达水平进行同样的分析时，也得到了类似的结果。两个器官的比较显示，有14个基因(gydF4y2BaATPAP1, ATPAP17, PHT1;4, PHT1;7, PHO1;H1, PHF1, PLDP2, MGD2, MGD3, SQD1, SQD2, SPX1, SPX2和SPX3gydF4y2Ba)共享双方的知识产权模式。相比之下，剩余的IPR基因(gydF4y2BaAt3g03530, DGD2, PAP6, PHT1;3, PHT1;1, PHT1;8, PHT1gydF4y2Ba)在芽中无反应。gydF4y2Ba

对于下面的功能分析，基因列表从Affymetrix探针id列表转换为AGI标识符。为了保持结果的准确性，这一步是必要的，因为probe-id和AGI标识符之间的关系是多对多的，但是probe-id与转录丰度的关系，AGI-id与功能术语的关系是一对一的。gydF4y2Ba

与84个已知的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba我们发现了一个更复杂的由1231个AGI基因标识符组成的网络，这些标识符也涉及根PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．在这些假定的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因我们区分了那些参与初始反应的基因和那些对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．经过进一步的检查，我们发现93个基因中的一个小子集在它们的反应模式中既不是初始的也不是潜在的。相反，这些基因在最初的表达中持续存在，并且在3天恢复后没有恢复到基础水平;这可能是由于这组基因没有足够的恢复期。因此，我们研究了这些新根P的基因表达和功能gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba- 3个阶段中的响应位点:' INITIAL '， ' PERSISTENT '和' LATENT '(参见附加文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

3个基因表达阶段揭示了对磷的功能反应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}

考虑到对P的反应和恢复gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}我们将基因的表达谱分为三个阶段之一——初始阶段、持续阶段和潜在阶段。根据定义，一个基因要被分类，它必须在对磷的反应和/或恢复中有显著的差异表达gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．因此，每个阶段都可能包括被积极或消极调节的基因。在本节中，我们将重点关注根P基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-应答者，但不属于先前已知的84个PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应。因此，所有基因计数已被调整以排除已知PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba急救员。在根的初始反应阶段，有292个正向调控基因(IPR)和112个负向调控基因(INR)，有45个正向调控基因(PPR)和48个负向调控基因(PNR)。最终，根的潜在反应期由423个阳性(LPR)调控基因和311个阴性(LNR)调控基因组成。gydF4y2Ba

为了确定功能，分类基因用GO-SLIM术语进行标注，其中初始基因、持续基因和潜伏基因组分别用398、146和665个功能术语进行标注。tMeV软件[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]用于聚类功能相似的基因(图gydF4y2Ba4gydF4y2BaA(初始)，4e(持续)，4i(潜在))。使用功能簇，我们确定任何一个功能簇的基因成员是否比其他任何一个功能簇显示出更强的反应。为此，我们将表达数据与tMeV生成的热图叠加(图2)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．数字gydF4y2Ba4gydF4y2Ba通过突出显示左列中初始阶段的结果来显示每个基因表达阶段的结果(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bab-d)，中间列中的持久阶段(图gydF4y2Ba4gydF4y2Baf-h)和右列的潜伏期(图gydF4y2Ba4gydF4y2Baj-l)。每个阶段突出显示了三个突出的功能集群:跨列显示基因，功能注释显示为行，并为微和平铺阵列根数据集指示基因表达。gydF4y2Ba

最初反应性基因簇通常在“转录调节”中发挥作用(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bab)，“离子输运”(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bac)和“跨膜转运”(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bad).在鉴定的转录因子(TF)基因中，gydF4y2BaAgl44, agl71, xal1 (agl12)， myb85gydF4y2Ba,gydF4y2BaWRKY23gydF4y2Ba在根中显著下调(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bab-green箭头)。agamouslike (AGL) tf已知与根的形态过程有关[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]， SOC1与AGL44和XAL1均有相互作用[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]， MYB85调节木质素生物合成[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba］．另一方面，gydF4y2BaARF9, BRI1, IAA31, At1g71130gydF4y2Ba,gydF4y2BaAt2g33710gydF4y2Ba均上调(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bab-red箭头)。这两个gydF4y2BaAt1g71130gydF4y2Ba而且gydF4y2BaAt2g33710gydF4y2Ba是gydF4y2Ba小块土地/ AP2gydF4y2Ba家庭与gydF4y2BaAt1g71130gydF4y2Ba参与糖:磷酸盐研究和gydF4y2BaAt2g33710gydF4y2Ba在逆境。因此，在提到的其他因素中，gydF4y2BaAt2g33710gydF4y2Ba编码了一个TF候选基因，该基因在P中的作用值得进一步研究gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba信号。第二簇离子转运基因均在根系中表达上调gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．该簇的三个基因成员(gydF4y2BaECA9, ECA2, At2g22950gydF4y2Ba)编码参与钙离子运输的蛋白质。gydF4y2BaECA9gydF4y2Ba是自动调节CagydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}射流泵和gydF4y2BaECA2gydF4y2Baatp酶催化CagydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}流出。同样的,gydF4y2BaATCHX17gydF4y2Ba是钠/质子反转运蛋白，该蛋白基因在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}与对照组相比，随后在恢复期间将其表达水平降低了5倍。第三类包括编码转运蛋白的上调基因。最值得注意的是硫酸盐和肉碱转运体的基因，gydF4y2BaSULTR1; 3gydF4y2Ba而且gydF4y2BaOCT1,gydF4y2Ba表达上调7倍和71.5倍gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba},分别。的确,gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba本研究中表达差异最大的基因位点。gydF4y2Ba

观察到持续反应的基因位点通常参与“转录调节”(图gydF4y2Ba4gydF4y2Baf)和“离子输运”(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bag).这两种功能在最初反应性基因位点中是常见的。然而，还发现了一种新的功能:“细胞内信号传导”(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bah). TF基因(图gydF4y2Ba4gydF4y2Baf),gydF4y2BaMYB72gydF4y2Ba是根中调控差异最大的位点(7倍)。接着是gydF4y2BaAt3g25790,gydF4y2Ba一种推定的MYB转录因子(TF)，其上调3.5倍。乙烯反应型TF基因，gydF4y2BaTny (dreb a-4)gydF4y2Ba，表现出PPR表达模式。它参与细胞分裂素的生物合成[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]，细胞分裂素信号已知与PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}信号(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba］．此外,gydF4y2BaDRIP1gydF4y2Ba基因鉴定为PNR类的成员，编码E3连接酶，已知介导泛素化gydF4y2BaTNYgydF4y2Ba家庭成员gydF4y2BaDREB2AgydF4y2Ba［gydF4y2Ba24gydF4y2Ba］．最后，三个ccaat结合的TF基因显著上调:gydF4y2BaNF-YA3gydF4y2Ba(HAP2C, 1.8倍)，gydF4y2BaNF-YA2gydF4y2Ba(HAP2B, 2.5倍)和gydF4y2BaNF-YA10gydF4y2Ba(2.4折)。第二个持续响应的基因簇包括编码膜相关转运蛋白的基因(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bag)。gydF4y2BaMTPA1,gydF4y2Ba一种锌离子外排转运蛋白在根中表达差异最大(下调10.2倍)。铁还原酶的基因，gydF4y2BaFRO3gydF4y2Ba，也表现出2.8倍的持续阴性反应。相比之下，两个肽转运基因，gydF4y2BaAt1g62200gydF4y2Ba而且gydF4y2BaAt1g22550gydF4y2Ba被确定为PPR类成员，已涉及锌过度积累。另一种肉碱转运体的基因，gydF4y2BaOCT4gydF4y2Ba，显示出转录水平增加2.5倍的PPR模式。相比之下gydF4y2BaOCT1的gydF4y2Ba知识产权格局(折叠变化71.5)，gydF4y2BaOCT4gydF4y2Ba在恢复期间没有恢复到基础表达水平。第三个持续响应基因簇包含了与分子信号相关的术语(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bah).该聚类中的所有基因都被负调控，在充满培养基中3天后没有恢复。最杰出的成员是gydF4y2BaWALK4gydF4y2Ba(下调3.4倍)和gydF4y2BaCIPK22gydF4y2Ba(下调3.3倍)。前者编码膜结合受体样激酶超家族的一个成员，而gydF4y2BaCIPK22gydF4y2Ba编码一种已知与钙结合钙调神经磷酸酶b样蛋白相关的蛋白质[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba］．最后,gydF4y2BaAt1g33590gydF4y2Ba参与信号转导的karrikin反应持续下调2.6倍[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

在潜在反应基因位点中，最突出的表达模式属于涉及转录调节的集群。总的来说，我们确定了48个TF基因在从饥饿中恢复的过程中在根中有差异表达，但在对饥饿的反应中没有。这一数字分别超过了在初始和持久根反应中鉴定的TF基因数量的4倍和5.3倍。在这48个TF基因编码的蛋白质中，有几个TF家族表现突出:(1)主要的亮氨酸拉链家族，包括5个gydF4y2BabZIPgydF4y2Ba, 5gydF4y2BabHLHgydF4y2Ba， 2gydF4y2BaWRKYgydF4y2Ba，和2gydF4y2Ba乙肝gydF4y2BaTFs;(2)gydF4y2Ba小块土地/ AP2gydF4y2Ba家庭，有5个tf;(3)锌指家族，共4例;和(4)gydF4y2Ba南汽gydF4y2Ba家庭，有3个助教。其余22个TF基因分布在这些编码中gydF4y2BaMYBgydF4y2Ba，gydF4y2Ba本人gydF4y2Ba，gydF4y2Ba国际宇航科学院gydF4y2Ba和其他家庭。在第一批主要的亮氨酸拉链家族中，有14种分布在各地gydF4y2BabZIPgydF4y2Ba，gydF4y2BabHLHgydF4y2Ba，gydF4y2BaWRKYgydF4y2Ba,gydF4y2Ba乙肝gydF4y2Basub-families。委员会成员gydF4y2BabZIPgydF4y2Ba家族通常参与氧化和病原体防御反应，通常与aba相关途径有关[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba］．在这个群体中，基因为gydF4y2BaBZIP3gydF4y2Ba，gydF4y2BaBZIP6gydF4y2Ba，gydF4y2BaBZIP9gydF4y2Ba,gydF4y2BaBZIP24gydF4y2Ba而对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．的gydF4y2BabHLHgydF4y2Ba一般与植物发育、昼夜节律和胁迫有关的基因家族[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba]包括基因gydF4y2BaBHLH093gydF4y2Ba，gydF4y2BaMYC3gydF4y2Ba，gydF4y2BaAt1g10610gydF4y2Ba，gydF4y2BaAt1g61660gydF4y2Ba,gydF4y2BaAt2g42280gydF4y2Ba．WRKY家族成员介导水杨酸和茉莉酸信号通路，参与对抗病原体和/或食草动物的防御[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］．我们发现gydF4y2BaWRKY7gydF4y2Ba而且gydF4y2BaWRKY39gydF4y2Ba对P有潜在的反应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．最后，我们确定gydF4y2BaHD-ZIP18gydF4y2Ba而且gydF4y2BaHD-ZIP52gydF4y2Ba作为两个潜在的反应基因。ERF/AP2转录因子第二家族参与对水杨酸、茉莉酸、细胞分裂素和乙烯敏感的驯化应激[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］．在这里，我们发现了2个细胞分裂素反应因子，包括CRF5和CRF6，它们的基因在恢复期上调。3个乙烯反应因子的基因gydF4y2BaRAP2.1gydF4y2Ba，gydF4y2BaRAP2.11gydF4y2Ba,gydF4y2BaHRE1gydF4y2Ba，在恢复过程中表达有差异。第三个主要的TF基因家族成员编码锌指基因，我们确定了其中4个正调控候选基因，gydF4y2BaZf2, at4g00940, atcth, gata3gydF4y2Ba．最终鉴定出3个相关的TF基因gydF4y2Ba南汽gydF4y2Ba的家庭,gydF4y2BaNAC001、NAC080和NAC082gydF4y2Ba，也以类似的方式上调。gydF4y2Ba

潜伏表达的TF基因家族的功能多样性促使我们试图确定它们之间的共同过程。为此，我们使用了TAIR数据库，该数据库提供了同行评审文章与上述文章中描述的基因组位点的关联。通过整理与潜伏表达的TF基因相关的文章，我们使用了一种简单的文本挖掘方法来对以前的研究中的TF基因进行分组(见附加文件)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)．我们发现了10个TF基因(gydF4y2BaBZIP9, CRF6, MYBL2, NAC001, TGA1, ZF2, At1g61660, At2g03470, At4g32605, At4g37180)gydF4y2Ba先前在双病毒感染期间的病原体反应和细胞周期调节研究中发现[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba］．一组单独的7个TF基因(gydF4y2BaMDB2, TLP2, ZF2, At1g08170, At2g03470, At3g11100, At4g37180gydF4y2Ba)先前与花粉萌发和管管生长有关的基因在根中被潜在地调节[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba］．此外，5个潜在响应的TF基因(gydF4y2BaBhlh093, bzip9, hb52, rap2.1, tlp2gydF4y2Ba)在一项冷适应研究中报告[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．在研究“初级和次级代谢物”等主题的出版物中发现了其他较小的TF基因群[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]，“转录后调控”[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]、“蔗糖”[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]，以及“对病原体的基础抵抗力”[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba］．在几项研究中发现许多TF基因是共享的。综上所述，这些结果提示了这些TF基因在根系从磷中毒中恢复过程中的新作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．另一方面，他们也强调了考虑哪些PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性或非特异性。在下一节中，我们通过将我们的结果与AtGenExpress计划发表的结果进行比较，解决了所有差异调控基因的这些问题。gydF4y2Ba

P之间的相互作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因和对各种AtGenExpress处理有反应的基因gydF4y2Ba

我们将相互作用定义为至少在两种治疗中被差异调节的基因。差异调节由统计学显著性确定(α = 0.001，使用Bonferroni校正多重性)。分析PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba(1)我们分析了来自不同AtGenExpress处理(重复次数≥2次)的数据集，使用的方法和软件与我们的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba数据集(即bonferroni校正gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba与各自对照相比，≤0.001);(2)在我们的根实验中差异调控的基因与差异表达的AtGenExpress处理相关;(3)然后，我们用发现差异调控的处理数量来加权每个基因节点，用发现差异调控的P的数量来加权每个处理节点gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因被发现受到这种治疗的不同调节。这样，网络(图gydF4y2Ba5gydF4y2Baa)表示基因与其他处理相互作用的程度，以及哪些处理引发了与P引起的处理相似的规则gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在根部。因此，我们描述了:(1)发现的特定于PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}所研究的处理之间没有相互作用(图gydF4y2Ba5gydF4y2BabpgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba特定的);(2)相互作用强的基因为共同调控提供了证据(图gydF4y2Ba5gydF4y2Bab)。gydF4y2Ba

基因位点在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}只有gydF4y2Ba

下面的分析基于转录丰度，因此，Affymetrix探针集用于表示基因，而不是AGI标识符。通过选择Bonferroni校正gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba阈值为0.001时，我们对1249根P进行排序gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应基因(Affymetrix探针组)转化为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特定的或非特定的容器(图gydF4y2Ba5gydF4y2Bab).尽管实际上有1257个根PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应基因，8个模糊地映射到AGI标识符，并从进一步分析中丢弃。1249个基因中约70%为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}869个基因对P有初始反应(24%)、持续反应(5%)和潜在反应(41%)gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}并没有与其他AtGenExpress治疗的患者相互作用。gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性基因包括那些已知的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应性和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}此处识别的响应。在更正后gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba≤0.001,28已知PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应性基因往往只受PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．因为这种类型的布尔分析没有区分基因的特异性，我们确定了最小阈值(gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba)要求重新分类一个PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性基因为非特异性基因(图gydF4y2Ba5gydF4y2Bad).越高gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba基因对P的特异性越大gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．因此，根据这个最小值对每个基因进行排序gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba阈值，我们可以比较它们的相对相互作用。例如，在已知的一组基因中，我们发现gydF4y2BaPho1, Pho1; h1, dgd1gydF4y2Ba,gydF4y2BaPHF1gydF4y2Ba在P反应中被特别调节gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}(图gydF4y2Ba5gydF4y2Bae).我们还观察到gydF4y2BaPAP6 PHT1; 3,gydF4y2Ba而且gydF4y2BaMGD2gydF4y2Ba比任何已知的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因，因此相对更特异性的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}比测试过的任何其他治疗方法都要好。的确,gydF4y2BaPAP6gydF4y2Ba对P的特异性最强gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}，要求明显放宽阈值(gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba≤0.2)，以便归类为非特异性。已知P的趋势gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因包括同一家族的多个成员(如离子转运蛋白)，我们能够确定家族成员的相对特异性(图gydF4y2Ba5gydF4y2Bae):(1)在gydF4y2BaPHT1gydF4y2BaPgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-转运蛋白家族成员，PHT1基因gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba大多数PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba特殊技能),gydF4y2BaPHT1; 8gydF4y2Ba(226gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba大多数PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba特殊技能),gydF4y2BaPHT1; 1gydF4y2Ba(503gydF4y2Ba^{理查德·道金斯gydF4y2Ba})，gydF4y2BaPHT1; 9gydF4y2Ba(637gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba),gydF4y2BaPHT1; 7gydF4y2Ba(726gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba)都是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}特定的;(2)在脂质加工家族中gydF4y2BaMGD2gydF4y2Ba而且gydF4y2BaMGD3gydF4y2Ba排在82位gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba和189年gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba，而，gydF4y2BaDGD2gydF4y2Ba而且gydF4y2BaDGD1gydF4y2Ba排名分别为760和811;(3)三名成员gydF4y2BaSPXgydF4y2Ba基因家族排在330位(gydF4y2BaSPX1gydF4y2Ba)， 246 (gydF4y2BaSPX3gydF4y2Ba)及114 (gydF4y2BaSPX2gydF4y2Ba）;最后,(4)gydF4y2BaPHO1gydF4y2Ba，一个被充分研究的基因，其特异性较低(排名684gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba)而不是它的近亲，gydF4y2BaPHO1; H1gydF4y2Ba(排名394gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

排名后所有PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应基因在我们的研究(见附加文件gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)，我们发现几百个PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因在这里被鉴定为更特异性的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}比之前报道的P基因要多gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应。例如，前100名最PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性基因仅包括3个先前描述为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应。这三个是gydF4y2BaPAP6gydF4y2Ba排名第七gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba，gydF4y2BaPHT1; 3gydF4y2Ba排名42gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba,gydF4y2BaMGD2gydF4y2Ba排名82gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba．其余97个基因对饥饿的反应有初始(49个基因)、持续(10个基因)和潜伏(38个基因)。最PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性和初始反应性基因gydF4y2BaAt4g19770gydF4y2Ba(编码一种假定的几丁质酶，反应速率为3.5倍，恢复速率为4.3倍)排名第一gydF4y2Ba^圣gydF4y2Ba，gydF4y2BaAt4g25160gydF4y2Ba(编码与细菌普遍应激反应蛋白相似的受体样细胞质激酶，反应7.5倍，恢复16.5倍)排名第3gydF4y2Ba^{理查德·道金斯gydF4y2Ba}而且gydF4y2BaAt1g04700gydF4y2Ba(编码一种酪氨酸激酶，反应为1.8倍，恢复为2.2倍)排名第5gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba．在恢复过程中持续对饥饿做出反应的基因包括gydF4y2BaMTPA1gydF4y2Ba(编码锌转运蛋白，反应为10.2倍)排名第2gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba，gydF4y2BaAt3g53770gydF4y2Ba(编码LEA3家族成员，3.8倍消极反应)排名第6gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba,gydF4y2BaMYB72gydF4y2Ba(编码一种介导全身耐药的TF, 7.3倍的负反应)排名第8gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba．最后，最具体的潜在反应基因包括gydF4y2BaAt1g62090gydF4y2Ba(编码一种假基因蛋白激酶，1.6倍的负恢复)排名第10gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba，gydF4y2BaAt5g66220gydF4y2Ba(编码查尔酮-黄酮异构酶，1.6倍为负)排名第12gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba,gydF4y2BaAt3g26130gydF4y2Ba(编码一种纤维素酶，回收率为1.8倍)排名第13gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因在多种AtGenExpress处理中共同调控gydF4y2Ba

大约占1249 P的70%gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba在这里鉴定的根中的-响应基因为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特定于gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba≤0.001。在所有AtGenExpress处理中，从激素、营养到环境等刺激均未检测到这些基因的反应。其余30%的基因(380个)不被认为是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性，因为它们对AtGenExpress中发现的多达4种额外治疗有不同的反应。我们利用这一行为，试图阐明:(1)处理显示最相似的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在差异调控基因方面;(2)激素治疗的基因相互作用和调控;(3)共调控基因队列。gydF4y2Ba

以确定哪些处理与PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}，我们只考虑了那些显著调控的基因。我们计数了两种PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}和每个AtGenExpress治疗。然后我们根据这个频率对治疗节点进行加权，并对它们进行排序(直方图，图gydF4y2Ba5gydF4y2Bac).我们的结果表明gydF4y2Ba葡萄孢属cineriagydF4y2Ba其次是冷胁迫(106个)、盐胁迫(104个)和渗透胁迫(74个)gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．此外，在我们的实验中，大多数与这些治疗相互作用的基因都是潜在的反应，并且大多与另一个非p相关gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba相关的治疗。我们发现任何PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因为4个AtGenExpress处理(图gydF4y2Ba5gydF4y2Bab,图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba模拟)。gydF4y2Ba

在激素处理(ABA、ACC、BL、GA、IAA、MJ和ZEA)中，添加76个常见基因的ABA处理与P的互作最多gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．之后依次为MJ处理(24个常见基因)、IAA处理(11个)、BL处理(8个)、ZEA处理(3个)、ACC处理(1个)和GA处理(0个)gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba与ABA处理相关的-响应基因揭示了许多与冷、盐和渗透处理相关的基因(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba模拟)。在与ABA相互作用的10个基因中，冷、盐和渗透处理仅gydF4y2BaAZF2gydF4y2Ba，gydF4y2BaCYP706A2, SPS2FgydF4y2Ba,gydF4y2Ba三gydF4y2Ba已在公共数据库中进行注释。毫不奇怪，盐和渗透处理共享几个响应基因;这些基因也是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应性和包含性gydF4y2BaAAP1, MYB74和SS2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

总的来说，对相互作用网络的检查揭示了共同调节基因的簇。最中心的基因簇是那些与磷处理最相似的基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．这些基因包括gydF4y2BaAZF2gydF4y2Ba(锌指蛋白，已知受ABA、盐和干燥的调节)，gydF4y2BaSP2FgydF4y2Ba(推测的蔗糖-磷酸合酶活性)，gydF4y2Ba三gydF4y2Ba(托品酮还原酶),gydF4y2BaAt1g52560gydF4y2Ba(HSP20-like),gydF4y2BaAt1g62570gydF4y2Ba(黄素单加氧酶家族涉及多重应激研究)，gydF4y2BaAt3g01260gydF4y2Ba(半乳糖-mutarotase家族)，以及gydF4y2BaAt5g35735gydF4y2Ba(Galactose-mutarotase家庭)。这些相互作用的基因簇提示共同调控机制，因此可能导致发现和/或阐明可能的新型PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba反应网络。gydF4y2Ba

近年来，高通量技术应用于磷磷化合物的研究gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}对植物分子系统对磷的反应有了全面的了解gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-极限应力[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．然而，由于不同的实验设计，比较这些研究的结果是有问题的。例如，Misson et al. (2005) [gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]主要研究叶和根组织，而Muller et al. (2007) [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]检查芽组织;Muller等人(2007)还研究了那些与蔗糖极限胁迫诱发的途径相互作用的基因。这些研究分享了研究植物对磷的初始反应的总体策略gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．迄今为止，只有一项高通量研究描述了从磷回收过程中的分子反应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}［gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．这项工作表明，发现的一个基因子集对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}通过先前的研究也可以恢复，从而识别出对P敏感的高信心候选人gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba通量。总之，这四项研究显著增加了我们目前对P的理解gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在全基因组范围内。本报告通过将上述四份报告的实验设计结合在一个框架下，进一步拓展了这些报告所获得的知识。因此，本文描述的数据为以前未报道的领域提供了深入的见解，例如初始反应和潜在恢复阶段之间的过渡，检测基因调控中的器官特异性差异，并将两者结合起来定义系统性植物反应。gydF4y2Ba

分析了36个器官和反应特异性阵列，最初的目的是生成对磷的分子反应的参考数据集gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}为这些反应提供更多的见解，并确定新的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应性候选基因。为了管理这个数据集，设计了一个分类方案来广泛分类新的响应和恢复基因表达模式。利用这一方案，在根中相对于嫩枝中确定了一个独特的和相对较大的分子响应。我们分析了P的相互作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应性基因与几种激素、环境和营养治疗。这个练习定义了非特异性PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}基因在多种刺激下的差异调节;特别是寒冷、渗透和盐胁迫等刺激。此外，激素ABA似乎调节更多的磷gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-敏感基因比其他激素治疗。这支持了一个前提，即ABA可能在P过程中起关键作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba通量。值得注意的是，大多数已知的基因对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}被几种不同的处理所调节。因此，这个已知的基因集包括许多被很好描述的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}-敏感基因，如gydF4y2BaPHO1gydF4y2Ba确实不是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}特殊技能。为了将其置于背景中，我们注意到许多以前没有被确定为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应性，但在这里被识别为响应性，表现出较小程度的串音，因此占据相对更多的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}特殊技能。这一见解为产生和解决有关营养胁迫期间分子网络调节的其他问题提供了机会。考虑到这里所采用的全基因组技术的性质，很大程度上取决于先前研究人员使用非高通量方法研究几个基因所产生的知识财富和注释。因此，对已知对P有反应的这两个基因进行了全面的文献和数据库调查gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}以及在研究过程中观察到的额外基因。因此，我们能够通过检查候选基因及其在反应和恢复期间对应的基因表达模式，在新发现的背景下报告所有结果。gydF4y2Ba

不同研究之间的比较揭示了建立参考数据集的必要性gydF4y2Ba

尽管之前不同小组的实验总共报告了84个PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba我们在这里的工作已经观察到40%的这些基因对饥饿和恢复治疗有反应。由于这似乎是一个很小的比例，我们通过分析以前全基因组实验设定的基准来解决这个问题:Misson等人(2005)[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]， Morcuende等人(2006)[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]， Muller等人(2007)[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]， Nilsson等人(2010)[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]分别鉴定出84个显著反应基因中的14%、33%、3%和8%。因此，由于缺乏重叠的结果，似乎已知PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba反应性基因是高度可变的，很可能取决于实验方法。这种研究之间的差异突出了标准化实验设计和确定核心磷调控背后的原因的必要性gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应的基因。gydF4y2Ba

在已知的84个P中有33个gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应基因被鉴定出来，大多数(75%)被发现最初响应，其表达在恢复期间恢复到基础水平。只有24%的基因是潜伏反应，剩下的1%是持续反应。我们认为，对初始反应的偏见是由于先前的研究几乎只关注饥饿反应，而不考虑恢复。因此，已知PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因往往是最初反应。只有少数研究检查了从饥饿中恢复的情况，这反映在已知基因被鉴定为潜伏表达的比例较低。gydF4y2Ba

P的表达谱gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-饥饿反应基因在ATH1微阵列中缺失gydF4y2Ba

尽管ATH1微阵列缺乏全基因组覆盖，但它已被广泛用于转录组研究。虽然1.0R平片阵列并不全面，但它肯定比ATH1更能查询拟南芥基因组，因此具有明显的优势。然而，围绕基于阵列的研究的公共文献主要是基于微阵列的。使用微阵列结构的分析和方法得到了更好的描述，通常情况下，由ATH1芯片表示的基因得到了更好的注释。因此，鉴于本研究的目标是更好地表征对磷的分子反应和恢复gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}，选择微阵列平台作为分析基因表达的主要手段。然而，我们并行获取的平铺阵列数据既可以证实微阵列结果，也可以研究那些没有被ATH1探针表示的遗传元件的响应和恢复。我们已经确定了ATH1微阵列中缺失的所有5044个核蛋白编码基因的响应和恢复谱(见附加文件)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)，并检测出477个可能在P过程中和P后发挥作用的基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在根和嫩枝中(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．在我们鉴定的477个基因中gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba(现在称为非蛋白质编码)，gydF4y2BaGDPD3gydF4y2Ba(一种膜重塑因子)和gydF4y2BaCPL3gydF4y2Ba(a MYB TF)，为此我们描述了它们的生物学和对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在下面。gydF4y2Ba

IPS1gydF4y2Ba是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}-可诱导的非编码RNA，其转录水平受myb转录因子调控，gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba［gydF4y2Ba41gydF4y2Ba］．通过一种被称为目标模仿的机制，gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba由于其与成熟miR399的部分序列互补性，对risc负载miRNA399的活性具有抗性。此属性启用gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba在不被后者切割的情况下淬灭miR399信号的能力[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba］．RT-PCR结果显示gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba转录水平与P呈负相关gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba水培介质的可用性(见附加文件)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．对根和芽的平铺阵列分析也表明了这一点，其中响应(LoggydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}/ PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba})分别为6和6.5。的gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba在检测的5044个tile -array特异性基因中，表达谱是调控差异最大的谱。的既定作用gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}该基因代表了仅通过tile -array平台鉴定的其余476个基因的极好的阳性对照。gydF4y2Ba

不像gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba，甘油磷酸二酯磷酸二酯酶(GDPD)基因家族成员，gydF4y2BaGDPD3gydF4y2Ba，与PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba自稳态至2011年[gydF4y2Ba43gydF4y2Ba］．我们的平铺阵列数据证实了这一结果gydF4y2BaGDPD3gydF4y2Ba（gydF4y2BaAt5G43300gydF4y2Ba)的信号强度增加了19倍gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}根的响应。GDPD家族的功能已涉及PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-通过膜重塑过程进行循环，对P敏感gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba通量。磷脂双分子层和液泡是细胞内磷的主要贮存层gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba．膜重构是植物细胞供给磷的一种生理反应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba在需求。这个P的方法gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-循环用半乳糖脂类和磺基脂类等替代形式取代细胞膜内的磷脂[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba，gydF4y2Ba45gydF4y2Ba］．GDPD水解源自磷脂的甘油磷酸二酯，并产生甘油-3-磷酸(G-3-P)和相应的醇。G-3-P的副产物被酸性磷酸酶进一步降解，生成磷gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba积累(gydF4y2Ba43gydF4y2Ba］．这种重塑机制是全植物对磷反应的一个例子gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-微观尺度上的限制，除了宏观尺度上的响应，例如通过重塑根结构。gydF4y2Ba

根系结构的可塑性与波动环境条件下土壤养分的有效性有关。在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-限制条件下，根结构通过抑制初级根生长和促进侧根和根毛密度的增加而改变[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba］．表皮成毛细胞和成房细胞的细胞命运由几个负性细胞和非细胞自主调节因子决定gydF4y2BaGL2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba中国共产党gydF4y2Ba，gydF4y2Ba试一试gydF4y2Ba,gydF4y2Ba等gydF4y2Ba年代(gydF4y2Ba46gydF4y2Ba］．另一方面，gydF4y2Ba像我一样反复无常gydF4y2Ba（gydF4y2BaCPL3gydF4y2Ba)被认为是根毛形成的积极调节因子[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba］．自gydF4y2BaCPL3gydF4y2BaATH1探针无法表达，因此不太可能在之前的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba饥饿，我们感兴趣的是衡量这个基因的反应和恢复从我们的瓷砖阵列数据。的确,gydF4y2BaCPL3gydF4y2Ba在根系中最初上调19.6倍，在恢复过程中恢复到基础水平。虽然不太显著，但茎部反应也表现出基因表达的IPR模式，初始折叠变化为2.8。因此，PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}回应可能包括gydF4y2BaCPL3gydF4y2Ba控制根毛的形成。我们对gydF4y2BaCPL3gydF4y2Ba，gydF4y2BaGDPD3gydF4y2Ba，gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba其余474个基因为PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}-responsive实例说明了平铺数组在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}关于发现未来研究的新候选的研究。gydF4y2Ba

一种新的根响应提示了能量代谢和离子运输的作用gydF4y2Ba

以前的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}研究还没有从全基因组研究的角度解决根系反应。虽然全苗实验无疑捕捉到了部分根的反应，但结果可能偏向于枝条的反应，因为我们发现，在2周大的幼苗中，根与枝条的平均rna丰度比为1:9(数据未显示)。在本研究中，我们发现根中的响应基因数量是芽中的6.9倍。此外，基因在响应和恢复方面的折叠变化分布突出了对磷的更大响应gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在根中比在芽中多(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．此外，只有7%的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba根中的-响应基因在嫩枝中显著改变。这三项观察结果强调了对迄今为止一直被忽视的根特异性反应进行全面分析的重要性。为了更好地理解根响应，我们将所有根响应基因分为3类(初始、持续或潜在)中的一类，并在每一类中选择3个功能相关的显著(根据折叠变化)基因簇。在最初反应的基因类别中，最突出的群集涉及离子和跨膜运输，特别是钙离子和钠离子运输(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bac, d)。然而，第三个突出的聚类将转录调节功能的基因分组(图gydF4y2Ba4gydF4y2Bab)。gydF4y2Ba

我们发现脂质代谢在初始和持续反应中起作用。gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba在初始反应中与几种膜转运蛋白共同鉴定。gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba在恢复期间，在恢复到基础水平之前，表现出任何基因观察到的最多的折叠变化。同样的,gydF4y2BaOCT4gydF4y2Ba被确定为持久性类别，虽然它没有恢复，但也没有显示出戏剧性的折叠变化gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba．gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaOCT4gydF4y2Ba编码参与线粒体脂肪酸代谢的肉碱转运蛋白。拟南芥突变体缺乏gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba转基因植物过度表达gydF4y2Ba35 S:: OCT1gydF4y2Ba已被证明分别促进和抑制侧根毛的发育[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba］．矛盾的是,gydF4y2BaOCT1gydF4y2Ba在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}，但侧根毛的发育在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba限制。因此，OCT1似乎与根毛发育不耦合gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}并可能在P中发挥作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}-诱导脂质/能量代谢。gydF4y2Ba

当系统趋于恢复时，根会上调转录因子gydF4y2Ba

的监管gydF4y2Ba榴弹炮gydF4y2Ba表达发生在最初的反应，但调节gydF4y2BaNF-YAgydF4y2Ba虽然目前还不清楚造成这种差异的原因，但家庭成员在恢复期后仍然存在。尽管如此，我们的研究结果为未来的研究提供了额外的TF候选名单。考虑到显示初始和持续反应的额外TF基因的数量，很可能PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}反应受两个以上的tf (gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba，gydF4y2BaPHL1gydF4y2Ba)至今已确认[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]先前证实的[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba50gydF4y2Ba］．事实上，我们在潜在反应期间观察到不同调控的TF基因数量显著增加(48个TF)，分别比初始反应和持续反应期间观察到的TF基因数量增加了4倍和5.3倍。这些结果表明，在P病的恢复期发生了显著的调节变化gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．使用文本挖掘方法，我们发现了一些PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应型TF基因参与病毒感染、冷驯化甚至花粉管生长(PTG)。P的相互作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-响应性TF基因与参与病毒防御和冷适应的基因可以解释，如果一般的应激反应是这三种情况的基础。此外，在磷处理期间促进了根毛的延伸gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}已知与花粉管生长(PTG)有许多共同特征。gydF4y2Ba

IPT3、ARF9和MYB85的表达改变了根系形态gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}

在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}通过对主根和侧根(LR)发育的负调控和正调控，根结构显著改变。已知高浓度的细胞分裂素(CK)会下调根系发育过程[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba］．因此,PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}可能会降低内源性CK浓度以释放LR发育途径。虽然在我们的实验中没有直接测量CK浓度，但我们发现CK浓度显著下调gydF4y2BaIPT3gydF4y2Ba在根中表示额外的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}-该基因在根CK生物合成中的特异性作用。gydF4y2Ba

我们的结果显示gydF4y2BaARF9gydF4y2Ba在根组织中，尽管该基因尚未报道在根结构中发挥作用，也未报道在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}响应。然而,gydF4y2BaARF9gydF4y2Ba是否已知与它的家族成员相似，由高生长素浓度上调gydF4y2BaARF7gydF4y2Ba而且gydF4y2BaARF19,gydF4y2Ba促进生长素的起始细胞形成LR [gydF4y2Ba52gydF4y2Ba］．这表明gydF4y2BaARF9gydF4y2Ba在P中起作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}并提示其作用可能是在根结构的形态变化上。gydF4y2Ba

LR的发展首先需要去除细胞壁内的结构支架，这一过程对细胞扩张和适当的根毛发育至关重要。这一过程既需要降低积极监管者的监管力度(gydF4y2BaMYB69gydF4y2Ba而且gydF4y2BaMYB85gydF4y2Ba)以及对消极监管者的加强监管。我们发现gydF4y2BaMYB69gydF4y2Ba上游典型调控基因(gydF4y2BaSIZ1, SND1, NST1和VND6gydF4y2Ba)均在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}在根。然而，表达gydF4y2BaMYB85gydF4y2Ba(木质素沉积所需)显著减少。这种选择性的下调gydF4y2BaMYB85gydF4y2Ba说明在磷胁迫下，木质素的沉积减弱，为根毛的萌生提供了有利的环境gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

P之间的串扰gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}候选人发现与植物激素的相互作用gydF4y2Ba

观察P之间可能的串扰gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}和激素反应，我们调查了我们和相关AtGenExpress数据集之间的相互作用。所有AtGenExpress数据集都以与我们自己相同的方式重新分析。PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因被认为是特异性的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}如果它们在任何治疗方案中没有差异调节。因此，通过确定最小值gydF4y2Ba假定值gydF4y2Ba将每个基因分类为非特异性所需的阈值，我们能够对每个P进行排序gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因，并确定其相对特异性。用这个方法我们证明了gydF4y2BaMYB72gydF4y2Ba高度PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-与其他基因相比是特异性的。这种相对特异性的测量使我们能够确定基因家族中哪些成员起主要作用，哪些成员在PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应。虽然两gydF4y2BaMYB72gydF4y2Ba和MYBgydF4y2Ba74gydF4y2Ba显著调控前基因排名第八gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba对于PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性，而后者为1238gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba．相比之下，所有3个细胞色素P450基因(gydF4y2BaCYP94D1gydF4y2Ba，排名第13gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba；gydF4y2BaCYP735A1gydF4y2Ba排名第24位gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba；gydF4y2BaCYP76G1gydF4y2Ba，排名27gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba)是高度特异性的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．这一结果表明，它们不是冗余的，执行不同的功能，几乎没有重叠。我们注意到，这种分析严重依赖于所测试的治疗的数量或广度。解释高度PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-特异性基因，我们已经假设从AtGenExpress选择的处理是一个充分的生物刺激样本。gydF4y2Ba

除了特异性，我们还试图测量基因相互作用。高度特异性的基因可能会因纳入额外的治疗而失去其特异性。另一方面，一个基因的特异性越低，它的相互作用就越大，当研究中包括额外的治疗时，它改变的可能性就越小。同时，高度互动的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因提供了PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-在共同监管方面发出信号。例如，我们已经确定了一组共同调节的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba这些基因受以下一种或多种处理的影响:ABA、寒冷、盐、干旱和gydF4y2Bab .灰质gydF4y2Ba感染。事实上，这5种治疗与P的相互作用程度最大gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．与ABA处理相比，其他激素处理如ACC、IAA、MJ、BL和ZEA最多只表达了32%的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应的基因。gydF4y2Ba

本研究对拟南芥对磷的应答和恢复进行了全基因组描述gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}无论是根还是芽。利用两种不同的技术平台来确定转录组的变化，我们发现大多数已知的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应基因最初是有反应的。虽然我们的分析主要集中在微探针和平铺阵列平台上的探针所代表的基因上，但我们还确定了477个平铺阵列特异性基因受PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}．其中一个基因是gydF4y2BaIPS1gydF4y2Ba一种对P重要的非编码基因gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba根和芽的初始折叠变化分别为63和95。研究领域如植物PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba在饥饿方面，转录组学研究严重依赖于微阵列数据，这些结果突出了真正的全基因组研究在检测编码和非编码转录水平方面的效用。总之，我们的结果显示了比迄今为止在文献中所认识到的更多样的反应和恢复分子表型。本研究对这些蛋白的功能方面进行了初步探讨gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应性基因，揭示了一系列差异调控的功能类:从最初反应性离子转运蛋白和持久的细胞信号基因到潜伏反应性转录调控因子。我们假设，在本研究中确定的初始响应基因在P的直接生存中起作用gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba极限应力传输PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba从源到汇，同时保持电化学梯度指示的初始调节PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba还有金属离子转运体。这一假设被扩展到包括持续性和潜伏性反应基因，据此我们推测持续性反应基因参与了生存和恢复之间的过渡。这种转变是由参与细胞信号传递的持续响应基因对转录调控因子编码的潜在基因的差异调控的增加所证明的。此外，PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}表明存在与规则分离的规则gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba调节子。不管这些规则是不是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}具体情况仍是一个悬而未决的问题。然而，使用本研究和AtGenExpress生成的数据对串扰进行分析，发现许多新颖的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-反应性基因似乎对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}比之前确定的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba响应调节子。有趣的是,gydF4y2BaPHO1; H1gydF4y2Ba-与gydF4y2BaPHO1gydF4y2BaP的功能冗余gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-信号-与其他治疗相比显示出更少的交叉交谈gydF4y2BaPHO1gydF4y2Ba，在根。这表明，即使gydF4y2BaPHO1gydF4y2Ba传统上对P反应更大gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}比gydF4y2BaPHO1; H1gydF4y2Ba,gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba介导的gydF4y2BaPHO1; H1gydF4y2Ba反应可能更具体的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}比gydF4y2BaPHO1gydF4y2Ba通路(gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba独立的)。通过将同样的推理应用于其他著名的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba我们观察到:1)参与非光合组织中半乳糖(磷脂替代品)生物合成的基因gydF4y2BaMGD2gydF4y2Ba，gydF4y2BaMGD3gydF4y2Ba,gydF4y2BaDGD2gydF4y2Ba-高度特异性的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba极限应力;2) PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba转运蛋白gydF4y2BaPHT1; 1gydF4y2Ba，gydF4y2BaPHT1; 3gydF4y2Ba而且gydF4y2BaPHT1; 7 - 9gydF4y2Ba(由gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba)对PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}而他们的其他家庭成员却没有。同时,gydF4y2BaPHT1; 1gydF4y2Ba被认为是最敏感的PgydF4y2Ba_我gydF4y2BaP转运体gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba局限性表明gydF4y2BaPHT1; 1gydF4y2Ba主要的代理成员是gydF4y2BaPHT1gydF4y2Ba家庭在饥饿中的反应;3) 4个成员中的3个gydF4y2BaSPXgydF4y2Ba家族是PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}特定的(gydF4y2BaSPX1-3gydF4y2Ba)．有趣的是,gydF4y2BaSPX1-3gydF4y2Ba正在gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba控制。的确，对于每一个已知的PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba反应性基因家族中，PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}特殊技能:gydF4y2BaPHO1; H1gydF4y2Ba，gydF4y2BaPHT1; 7 - 9gydF4y2Ba,gydF4y2BaSPX1-3gydF4y2Ba-也被报道是由TF监管的gydF4y2BaPHR1gydF4y2Ba．最后，在共同调节的基因簇之间的很大程度的相互作用表明ABA可能是负责调节共同应激反应通路的激素中介;特别是寒冷、盐和渗透胁迫。在未来，我们将把这种方法应用于其他处理的分析，以期建立一个全面的压力响应和恢复数据库。gydF4y2Ba

植物材料和生长条件gydF4y2Ba

非不育WT (Col-0)种子播种在预先浸泡在基础MGRL水培介质中的岩棉(Grodan Inc.)上gydF4y2Ba^24gydF4y2Ba4℃冷处理3天。在22℃、150 μmol m的条件下生长gydF4y2Ba^{－2gydF4y2Ba}年代gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}注光度和12小时:12小时的明暗循环。为了尽量减少环境变化，植物在生长室中每天轮换一次。在磷酸盐耗尽的介质中，使用1.75 mM MES (pH 5.8)代替1.75 mM磷酸钠(pH 5.8)。所有水培培养基在水培培养过程中都进行充气，以最大限度地增加空气供应。所有植物在MGRL基础水培培养基中生长20天，然后转移到缺乏磷酸盐的培养基中。在10天的治疗期间，每三天更换一次缺乏磷酸盐的培养基。对于恢复实验，先前在缺乏磷酸盐的培养基中生长了10天的植物被转移到全强度MGRL培养基中，再生长3天。在10 + 3日的第10天和第13天采集样品。在指定的时间点分别采集磷酸盐缺乏的茎和根样品。此外，所有实验过程，如介质更换和样品收集都在中午进行，以尽量减少可能的昼夜节律影响。 In parallel, control plants were grown in a full-strength MGRL media before sample collection on the 10th day after the initial 20-day growth period.

基因芯片和贴片阵列的制备gydF4y2Ba

RNA easy extraction kit (Qiagen)提取的总RNA用于拟南芥genchip ATH1和tiling arrays 1.0R (Affymetrix)。样品包括三个生物重复，分别为模拟处理的叶片(ML)、模拟处理的根(MR)和PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-饥饿-叶子(TL)， PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-饥饿根(TR)， PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-饥饿-恢复叶(RL)gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba-饥饿恢复根(RR)。所有36个样品的探针都按照前面描述的方法合成gydF4y2Ba^{25日,26日gydF4y2Ba}．生物素标记的有效性通过使用NeutrAvidin (Pierce)的凝胶转移试验(Gel-shift assay)得到证实，如genchip全转录本(WT)双链靶标测定手册(Affymetrix)所述。所有阵列的杂交和扫描在洛克菲勒大学基因组学资源中心按照制造商的说明(Affymetrix)完成。gydF4y2Ba

磷酸盐反应基因的检测gydF4y2Ba

半定量RT-PCR和real-time PCR检测基因/平铺阵列发现的选择性基因的表达变化。通常情况下，以Qiagen RNA柱提取(包括DNase处理)制备的1 μg总RNA为模板进行反转录(Superscript III RT-PCR, Invitrogen)。用寡核苷酸dT引物或链特异性引物合成第一条cDNA。与此同时,gydF4y2Ba肌动蛋白gydF4y2Ba使用转录本作为内部负载对照，使用等量无逆转录的RNA作为阴性对照。采用实时荧光定量PCR (Bio-Rad CFX96)对100 ng单链cDNA进行定量表达。通过Bio-Rad CFX管理程序(Bio-Rad)确定各磷酸响应基因的ΔC(t)值和相对表达量。gydF4y2Ba

基因表描述gydF4y2Ba

下面是这项工作中提到的相关基因列表的描述。gydF4y2Ba

一般的统计数据gydF4y2Ba(根据成绩单水平):gydF4y2Ba

1. 1.gydF4y2Ba

   1.1257在根中差异表达的Affymetrix探针集。gydF4y2Ba

2. 2.gydF4y2Ba

   182 Affymetrix探针集在芽中差异表达。gydF4y2Ba

3. 3.gydF4y2Ba

   Affymetrix探针组通常调控于根和梢部。gydF4y2Ba

4. 4.gydF4y2Ba

   共计1350个Affymetrix探针集(根+芽-公共)。gydF4y2Ba

功能分析gydF4y2Ba(基于术语和AGI标识符的一对一关系):gydF4y2Ba

1. 5.gydF4y2Ba

   84 AGI标识符以前称为Pi响应。gydF4y2Ba

2. 6.gydF4y2Ba

   根响应中的1231个AGI标识符，不包括之前标识的84个。gydF4y2Ba

相声分析gydF4y2Ba(根据成绩单水平):gydF4y2Ba

1. 7.gydF4y2Ba

   1249根中差异表达的Affymetrix探针集。gydF4y2Ba

   1. 一个。gydF4y2Ba

      a.1257 - 8个Affymetrix探测集，它们被模糊地映射到AGI标识符，并从进一步分析中丢弃。gydF4y2Ba

生物信息学gydF4y2Ba

登录代码GSE34004可用于从基因表达综合(GEO)中访问微阵列和平贴阵列数据。材料和方法的计算部分在附加文件中描述gydF4y2Ba9gydF4y2Ba．该文件包括以下描述:gydF4y2Ba分析管道;实验设计;质量控制;归一化;基因分类;功能注释分析;P的分析gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}特异性和串扰。gydF4y2Ba

实验设计由JW、TK、MH、NHC共同构思，除计算分析外，其余实验均由JW完成。在JL、HW、XJW和VBB的协助下，通过CRM对数据进行分析。本文由JW、CRM、VBB和NHC共同撰写。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

磷酸gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{starvgydF4y2Ba}：gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba饥饿gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^{模拟gydF4y2Ba}：gydF4y2Ba

模拟治疗gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba^了gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba了gydF4y2Ba

PC:gydF4y2Ba

主成分gydF4y2Ba

栏:gydF4y2Ba

基反应gydF4y2Ba

知识产权:gydF4y2Ba

最初的积极反应gydF4y2Ba

印度卢比:gydF4y2Ba

最初的否定反应gydF4y2Ba

PPR:gydF4y2Ba

持久的积极回应gydF4y2Ba

内线:gydF4y2Ba

持续的负面反应gydF4y2Ba

LPR:gydF4y2Ba

潜在积极反应gydF4y2Ba

LNR:gydF4y2Ba

潜在的负面反应gydF4y2Ba

心肺复苏:gydF4y2Ba

持续的积极回应gydF4y2Ba

中国北车:gydF4y2Ba

持续的负面反应gydF4y2Ba

RR:gydF4y2Ba

根反应gydF4y2Ba

SR:gydF4y2Ba

拍摄的回应。gydF4y2Ba