科研 | 张阳和刘明春等：转录组和代谢组分析揭示了MicroTom番茄整个生长周期的代谢调控网络（国人佳作）
编译：小鹿同学，编辑：夏甘草、江舜尧。
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番茄（Solanum lycopersicum）是世界范围内主要的园艺作物，已成为代谢研究的理想模型。尽管许多研究工作都集中于分析品种和物种之间的代谢物差异，但人们对番茄生长周期中代谢变化的动力学及其背后的调控网络知之甚少。
本文中，研究者整合了高分辨率的时空代谢组和转录组数据，系统地探索了番茄主要生长阶段和组织中20个样品的代谢情况，并生成了MicroTom番茄代谢网络（MMN）数据集。使用该数据集，研究者构建了整个番茄生长周期中主要代谢变化的整体图谱，并剖析了其潜在的代谢网络。除了验证已知的代谢物调控网络外，研究者还发现了调节重要次级代谢产物（甾体类生物碱和类黄酮）合成的新型转录因子。
论文ID
原名：MicroTom Metabolic Network: Rewiring Tomato Metabolic Regulatory Network throughout the Growth Cycle
译名：MicroTom代谢网络：在整个生长周期重新连接番茄代谢调控网络
期刊：Molecular Plant
IF：12.084
发表时间：2020年6月15日
通讯作者：张阳&刘明春
通讯作者单位：四川大学生命科学学院，生物资源与生态环境教育部重点实验室
DOI号：10.1016/j.molp.2020.06.005
实验设计
结果
MicroTom番茄代谢网络（MMN）数据集的生成
为了在MicroTom番茄的生命周期中创建一个全面而准确的代谢调控网络变化记录，研究者生成了MMN数据集（图1）。该数据集对于从MicroTom番茄的所有主要生长阶段和组织中收集的样品平行地进行了代谢谱分析和转录组分析。研究者收集了20个组织：发芽期（当第一朵花蕾出现时到发芽后30天（DPG））、开花期（当50％的花朵到达花期时直至45 DPG时）和破色期（当第一个果实达到破色期时直至85 DPG）的根、茎，叶。芽和花的样品分别从萌芽期和开花期的幼苗中采集。此外，果皮处于果实发育阶段（开花后10天（DPA）、20 DPA、未成熟绿色（IMG）、成熟绿色（MG）、破色期（Br）、破色期加3天（Br3）、Br7、Br10和Br15）中的第九个阶段（图1）。对所有的20个时间点/组织进行了三次生物学重复实验，每个实验都是从10株植物中采集的样本。
图1. MicroTom番茄代谢网络（MMN）设计的示意图。研究者采集了三个关键发育阶段的20个样品用于代谢谱分析和RNA测序。轴线表示样品的收获日期（发芽后的天数，DPG）。研究者分别在发芽期（30DPG）、开花期（45DPG）和破色期（85DPG）采集叶（L）、根（R）、茎（S）、芽（F30）和花（F45）的样品。研究者分别在开花后10天（10DPA）、20DPA、未成熟绿色期（IMG）、成熟绿色期（MG）、破色期（Br）、破色期加3天（Br3）、Br7、Br10和Br15等时期采集果实样品。
对于代谢组学分析，采用基于广泛靶标的液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的代谢谱分析方法对样品进行分析。总共有540种不同的有注释的代谢物在至少一个组织中被鉴定出，包括70种类黄酮、76种氨基酸及其衍生物、54种脂质、52种有机酸、50种核苷酸及其衍生物、14种酚酰胺、32种生物碱、43种羟肉桂酰基及其衍生物、9种多酚、13种碳水化合物、12种维生素、10种苯甲酸及其衍生物、18种多胺和87种不属于这13个主要类别的化合物（图2A）。对不同组织中这540种代谢物的分析表明，这些代谢物可分为三大类：营养组织（根、茎和叶）、花组织（芽和花）和果实组织（果皮在整个果实发育期间）中存在的代谢物（图2A）。该结果表明，处于不同发育阶段的营养组织具有相似的代谢模式，其与果实组织的代谢模式显著不同。例如，脂质、生物碱、羟肉桂酰基衍生物和酚酰胺等代谢物在营养阶段优先积累，而果实组织中氨基酸及其衍生物、类黄酮、核苷酸及其衍生物、有机酸、多酚和维生素的含量要高得多（图2A）。这些特定的代谢物可能反映了番茄代谢在两个主要阶段（营养生长和果实发育）之间的空间差异。此外，研究者进行了主成分分析（PCA），并确定这540种代谢物可进一步分为五组，每组与特定组织（根、茎、叶、花和果实）相关（图2C）。与PCA结果一致，聚类树状图也可以分为五个独立的子组（图2E）。所有的这些数据表明，代谢物的积累在番茄发育过程中是组织特异性的。
图2. MMN中代谢组和转录组数据的摘要信息。来自20个番茄样本内540种有注释的代谢物概述（A）以及31,256个基因的基因表达谱分层聚类分析（B）。20个MicroTom番茄样品中代谢组（C和E）和转录组（D和F）的主成分分析（PCA）（C和D）和聚类树状图（E和F）。对于代谢组数据（A），每行代谢物的Z-得分标准化为-3~3。对于转录组数据（B），色标0~1表示斯皮尔曼相关系数。图（A）中的轴线编号代表组织：1-R30、2-R45、3-R85、4-S30、5-S45、6-S85、7-L30、8-L45、9-L85、10-F30、11 -F45、12-10DPA、13-20DPA、14-IMG、15-MG、16-Br、17-Br3、18-Br7、19-Br10、20-Br15。
为了研究MicroTom番茄生长周期过程中的转录调控，研究者为所有组织建立了时空动态转录组谱系。总共生成了大约453 Gb的原始数据，并在补充数据2中总结了序列文库的统计信息。独特的映射读段用于计算每百万转录本（TPM）的表达水平。为了减少转录背景的影响，研究者定义：若平均TPM值> 0，则表示为一个基因。结果在至少一个样品中发现了总共31,256个基因。为了形成包含20个组织内基因表达的全局图片，研究者制作了一个由Z-得分标准化的基因聚类表达热图。转录组的相关矩阵表明，无论发育阶段如何，全局基因表达模式都是组织特异性的（图2B）。正如研究者在代谢组数据中所确定的那样，进一步的PCA和转录组的聚类树状图也显示了来自不同阶段中同一组织的样品出现聚类（图2D和2F）。所有这些结果表明，基因表达和代谢物积累在番茄发育过程中表现出显著的组织特异性。
番茄的代谢组和转录组被共同调节为十个簇，分别对应于不同的组织和发育阶段
为了进一步了解MicroTom番茄生长周期中的代谢变化，研究者使用k-均值聚类算法将所有的540种带注释的代谢物根据其积累方式分为10个簇（表1）。通过分析这十个簇，研究者可以确定代谢物在特定组织中积聚，如根（簇I）、茎（簇III）、叶（簇IV）和花（簇V）（图3）。研究者还确定了在开花和果实成熟阶段之间减少的化合物（簇VI），以及在绿色果实阶段（簇VII）和果实成熟阶段（簇X）之间增加的化合物。此外，有些化合物在两个以上的组织或阶段（簇II、VIII和IX）内富集（图3）。
表1. 本研究中确定的化合物和基因分布在不同簇中。
图3. MicroTom番茄生长周期中代谢物和基因表达的动态。K-均值的聚类分析将番茄代谢组（红色）和转录组（蓝色）的表达谱分为10个簇。x轴描述了来自3个关键发育阶段的20个样品，y轴描述了每种代谢物（红色）和基因（蓝色）的标准化Z-值。每个小图中显示的数字（如簇I中的67个代谢物和4,543个基因）是基于每个簇内所有20个样品中代谢物和基因的数目而得出。轴线的编号表示组织：1-R30、2-R45、3-R85、4-S30、5-S45、6-S85、7-L30、8-L45、9-L85、10-F30、11-F45、12 -10DPA、13-20DPA、14-IMG、15-MG、16-Br、17-Br3、18-Br7、19-Br10、20-Br15。
为了使基因表达模式与代谢物积累进一步关联，研究者对代谢组和转录组数据进行了共表达分析。严格的多次试验校正（r≥0.8）用于过滤与每种代谢物显著相关的基因。研究者鉴定出与至少一种代谢物共调节的17,003个基因。
接下来，根据皮尔逊相关系数以及番茄发育过程中它们具有一致且清晰的表达模式这一事实，研究者将540种代谢物和17,003个基因分为10个共表达簇（图3）。有趣的是，在去除与540种代谢物均不高度相关的基因后，剩余17,003个高度共表达基因的PCA和聚类分析仍显示出与总体基因表达簇相似的聚类模式。这表明在正常生长周期中，番茄基因的表达模式与主要代谢途径的动力学在很大程度上是平行的。
关键代谢途径调控的时空观察
为了检查MMN是否可以提供时空观察的条件从而了解番茄的代谢调控网络，研究者首先使用先前已知的调控网络对其进行了测试。类黄酮的生物合成从苯丙酸途径中分支出来，该途径以苯丙氨酸的形式提供前体。由关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和查尔酮合酶（CHS）催化反应之后，类黄酮途径包含一系列催化各种下游反应的酶，从而导致糖苷配基骨架的生物合成（图4D）。在过去的二十年中，类黄酮的生物合成一直是研究的一个增长领域，并且在生物合成基因及其调节剂的鉴定方面取得了很大进展。许多MYB家族的转录因子已被鉴定为类黄酮生物合成中的调控因子。已有研究表明，类黄酮修饰基因——类黄酮-3',5'-羟化酶（SlF3'5'H）的表达与营养组织中花青素的生物合成转录因子——SlMYB75相关，而不与类黄酮生物合成的主要调节子——SlMYB12相关。SlF3'5'H的表达对于激活番茄果实中花青素的合成也至关重要，因为番茄中黄烷酮醇4-还原酶（DFR）相比于二氢山柰酚（苯环上的1-OH）来说，更喜欢二氢杨梅素（苯环上的3-OHs）。
与上述结果一致，本研究中关于类黄酮生物合成基因和相关转录因子的RNA测序数据显示，SlF3'5'H与SlMYB75强烈共表达，但与SlMYB12却没有共表达（图4A和4B）。这些基因进行定量实时聚合酶链反应（RT-qPCR）分析产生的结果与RNA测序数据高度一致。双重荧光素酶报告检测系统显示SlMYB75可以与SlF3'5'H的启动子区域相互作用，诱导的表达要远高于SlMYB12诱导的表达（图4C）。总而言之，研究者的时空数据显示代谢物的产生与转录组变化之间具有良好的相关性，这表明MMN可用于研究番茄中重要代谢途径的调控。
甾体类生物碱（SGA）的生物合成从糖酵解开始，接着通过甲羟戊酸和环阿屯醇途径。胆固醇途径提供了胆固醇，它是SGA途径的前体，而植物甾醇途径与胆固醇途径存在重叠。胆固醇途径中包含一系列酶，其可催化SGA生物合成途径中的各种下游反应。之前通过共表达分析确定了成簇的GLYCOALKALOID METABOLISM（GAME）基因，这些基因构成了从胆固醇到α-番茄素的生物合成途径。另外，研究发现SlGAME9（AP2/ERF的转录因子）可正向调节SGA的生物合成。在540种代谢物中，研究者检测到了29种SGAs，它们主要存在于簇III,V,VI和X中。有趣的是，研究者在簇V中鉴定了三种SGAs（dehydrofilotomatine、去氢番茄碱苷和去氢番茄碱苷异构体（25R））和15个SGA-相关基因。其中，SGA生物合成基因（SlGAME1、SlGAME4、SlGAME6、SlGAME11、SlGAME17和SlGAME25）与调节基因SlGAME9共表达。该结果与先前对GAME基因簇的共表达分析完全一致。研究者还对这些基因进行了RT-qPCR分析，并确定了它们主要在营养组织中增加，而在果实发育过程中减少。综上所述，研究者使用MMN可以在整个番茄生长周期中完美地验证先前已知的代谢调节网络。
鉴定调节甾族糖苷生物碱代谢的新型转录因子
鉴于这些防御性化合物对番茄的生长和果实品质也很重要，研究者接下来尝试使用MMN来鉴定控制SGA生物合成途径的新型调节剂。本研究的聚类数据表明簇V中15个SGA-相关基因（SlGAME9和14个生物合成基因）与三种SGAs共表达。研究者在该簇中搜索，发现编码bHLH转录因子的基因（Solyc01g096370）也与这些SGAs以及代谢基因共表达（图5A）。进一步研究表明，Solyc01g096370与已知的调节剂SlGAME9共享大量的共调节代谢物和基因。基因组京都百科全书（KEGG）对常见基因和代谢物的分析表明，分子功能主要集中在类固醇和生物碱的生物合成中，这表明Solyc01g096370可潜在地调节SGA途径。有趣的是，Solyc01g096370与SGA途径之间的相关水平与和SlGAME9的相关水平一样好（图5A）。
系统发育分析表明，Solyc01g096370编码的bHLH家族蛋白属于MYC家族，其主要参与茉莉酸的信号传导。进一步的分析表明，Solyc01g096370就是SlbHLH114，其属于bHLH亚家族15，与番茄中的茉莉酸信号传导和VI型腺毛的发育有关。此外，SlbHLH114与拟南芥的亚科8成簇存在，在茉莉酸的信号转导途径中起作用，并影响根须和毛状体的形成。这些数据表明SlbHLH114可能参与了SGA代谢和JA的信号传导。
接下来，研究者分析了SlbHLH114在不同发育阶段和不同组织中的表达水平。转录组分析表明，SlbHLH114的表达与已知的SGA生物合成基因和代谢物的情况一样，其在营养组织中高表达，在果实发育期间表达降低，最终在果实成熟阶段降到非常低的水平。RT-qPCR分析也证实了这种表达模式。亚细胞定位表明SlbHLH114仅位于细胞核中。
为了研究SlbHLH114的潜在功能，研究者生成了由果实特异性E8启动子驱动过表达SlbHLH114的转基因番茄植株。研究者获得了17株T0植物，其中SlbHLH114在成熟阶段的表达水平显著高于在MicroTom番茄中的水平。选择这些品系中的两种（品C系和品系I）以进一步表征T1植株（图5B和5D）。研究者对WT和T1产生的E8:bHLH114品系C和品系I中Br3期的果皮样品进行了RNA序列分析（图5B）。E8:bHLH114品系C和品系I共享了大部分诱导基因，包括SGA生物合成途径中的许多基因和代谢物（图5C）。与同一时期的MicroTom番茄果实相比，在两个过表达品系中上调了2,851个基因，同时下调了2,153个基因（FC≥1.5）。
KEGG的富集分析表明，上调的基因参与了信号转导、植物-病原体的相互作用以及与SGAs相关的次生代谢产物的生物合成。RT-qPCR分析证实了这一发现；总之，在两个E8:bHLH114的品系中，参与糖酵解、甲羟戊酸、环阿屯醇、胆固醇、植物甾醇和SGA途径的基因均被上调。因此，果皮样品在Br10阶段的代谢谱分析表明，这两个转基因品系均积累了显著更高含量的SGAs（主要是番茄碱、羟基番茄红素醇、氢番茄碱、γ-番茄素、β2-番茄素和α-番茄素）（图5C）。综上所述，这些结果表明SlbHLH114在番茄果实中的过表达增强了SGA的积累。
为了进一步研究SlbHLH114是否直接诱导SGA生物合成基因的表达，研究者使用拟南芥的原生质体进行了双重荧光素酶报告基因检测。研究者克隆了参与胆固醇前体途径（SlSSR2和Sl7-DR2）和SGA生物合成途径（SlGAME4）的三个SlbHLH114-诱导的生物合成基因的启动子。使用SlGAME9作为一个阳性对照，结果显示当SlbHLH114表达时这些启动子的活性均显著高于对照（图5E和5F），表明SlbHLH114是SGA生物合成途径的阳性调节剂。
先前SlMYC2（Solyc08g076930）被报道为SGA生物合成的关键调节剂。研究者对SlMYC2和SGA-相关基因进行了共表达分析，发现SlMYC2无法与已知的SGA基因共表达。相反，它与JA-信号转导的基因有很强的相关性，这与其在调节JA信号传导中的重要作用相一致。研究者使用MMN数据集以及先前发布的SGN-TEA（http://tea.solgenomics.net/overview）和TomExpress数据集（http://tomexpress.toulouse.inra.fr/）进一步进行了SlMYC2和SlbHLH114的共表达分析。在所有的三个数据集中，SlMYC2和SlbHLH114之间没有明显的共表达模式。
由于SlMYC2和SlbHLH114均属于bHLH亚家族15，为了研究SlMYC2和SlbHLH114之间的可能相互作用，研究者在拟南芥原生质体中进行了双重荧光素酶报告基因的检测分析，发现probHLH114可以被SlMYC2激活，这表明SlbHLH114是SlMYC2的靶标。另一方面，研究者检查了先前发表的SlMYC2相关研究，发现在SlMYC2-RNAi植物中SlbHLH114的表达明显低于野生型植物，这证实了SlMYC2对SlbHLH114的潜在调控。相比之下，在使用拟南芥原生质体的双重荧光素酶报告基因测定中，研究者并未观察到SlbHLH114对proSlMYC2的明显诱导。此外，在本研究E8:bHLH114品系和WT果实的RNA序列数据中，SlMYC2的表达水平没有显著差异。所有这些数据表明SlbHLH114不能直接调节SlMYC2的表达。
预测调节类黄酮代谢的新型转录因子
利用上述相同策略，研究者使用MMN扩大搜寻了调节类黄酮代谢的转录因子。有趣的是，当研究者对类黄酮化合物及其生物合成基因进行共表达分析时，发现除了已知的SlMYB12基因外，研究者还发现了一个与类黄酮代谢途径更好共表达的基因（Solyc02g077790），其编码APETALA2/乙烯反应因子（AP2/ERF）的转录因子（图6A）。进一步的研究表明，Solyc02g077790与SlMYB12共享大量共表达的基因和代谢物。常见基因和代谢物的KEGG分析显示，其分子功能主要集中在类黄酮和苯丙酸的生物合成过程，这表明Solyc02g077790可能潜在地调节类黄酮途径。
图6.SlERF.G3-like是类黄酮生物合成的新型调节剂。（A）类黄酮途径中关键基因和代谢物的共表达网络。代谢物、结构基因和转录因子分别用浅粉红色、蓝色和灰色标记。研究者计算了每对基因/代谢物的皮尔逊相关系数（PCC）。（B）转基因品系和MicroTom的番茄果实在破色期后7天的表型。（C）Br3时期转基因植物的RT-qPCR。误差棒代表标准偏差（n = 3）。（*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001；Student's t检验）。（D）E8: SlERF.G3-like过表达品系中基因和代谢物的上调。
番茄内AP2/ERF家族的系统发育分析表明，Solyc02g077790蛋白属于乙烯应答因子（ERF）G亚组，被命名为SlERF.G3-like。RNA测序和RT-qPCR分析均表明SlERF.G3-like在果实组织中特异性表达，并在Br3时期达到最高表达，这类似于主要的类黄酮生物合成基因和代谢物的表达模式。亚细胞定位分析进一步表明SlERF.G3-like位于细胞核和细胞质中。
为了研究SlERF.G3-like的功能，研究者利用果实-特异性E8启动子生成了过表达SlERF.G3-like的转基因MicroTom番茄植株。研究者获得了14个独立的E8: SlERF.G3-like过表达品系，其中两个代表性的品系（品系12和品系36）被用作进一步的研究（图6B和6C）。然后，研究者在Br3阶段对SlERF.G3-Like-12、SlERF.G3-Like-36和WT的果皮样品进行了RT-qPCR分析，发现类黄酮生物合成基因（包括SlCHS1、SlCHS2、SlCHI、SlF3H、S1F3'H和S1FLS）的表达在两个转基因品系中显著增加（图6B和6D）。与生物合成基因表达的增加相一致，研究者在Br7时期对果实的LC-MS分析表明，主要的类黄酮化合物和中间体（柚皮素、eriodicytol、山奈酚-3-O-葡萄糖苷、山奈酚-3-O-芸香糖苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷和槲皮素-3-O-芸香糖苷）显著增加（图6D）。由于E8: SlERF.G3-like的品系12和品系36均表现为橙色（图6B），因此研究者还检查了类胡萝卜素生物合成基因的表达。与MicroTom番茄相比，E8: SlERF.G3-like-36果实中的类胡萝卜素生物合成基因没有明显减少。这与研究者先前在富含类黄酮的番茄中观察的结果相符。所有这些数据表明，E8: SlERF.G3-like果实中的橙色主要是由于类黄酮化合物的积累，而不是类胡萝卜素生物合成的抑制作用。
为了直接比较SlERF.G3-like与已知的类黄酮生物合成调节剂——SlMYB12的功能，研究者在拟南芥原生质体中通过双重荧光素酶报告基因分析了主要类黄酮生物合成基因（SlCHS1、SlF3H和SlFLS）的启动子。结果显示，这三个启动子均可被SlMYB12和SlERF.G3-like显著诱导。此外，当两个转录因子（TFs）均被结合时，待测启动子的活性可以进一步提高。然而，由于E8: SlERF.G3-like果实中SlMYB12的表达水平与WT相比没有显著变化，且SlERF.G3-like的转录本丰度在AtMYB12（SlMYB12的拟南芥同源植株）过表达的果实中保持不变，所有这些数据表明尽管两种TFs可以上调类黄酮的生物合成，但SlMYB12和SlERF.G3-like之间没有直接的相互作用。
特别注意地是，研究者检查了Br3时期WT果皮中外皮和果肉中SlMYB12和SlERF.G3-like的表达。与主要在果实外皮中表达的SlMYB12相比，SlERF.G3-like在果肉中被显著诱导表达。另一方面，研究者在MMN、SGN-TEA和TomExpress数据库中观察到两个基因的低表达相关性。所有这些数据表明，这两种TFs可以独立地调节番茄果实中类黄酮的生物合成。
综上所述，这些数据表明SlERF.G3-like是调控番茄中类黄酮生物合成的潜在转录因子。使用MMN数据集，研究者可以发现番茄生长周期中的代谢调控网络，并验证主要代谢途径中的新型调控因子。
讨论
本文中研究者对涵盖了番茄主要组织和生长阶段的20个样品进行了代谢组和转录组的全面分析。本研究生成的MMN数据集包含至少在一个组织或阶段中检测到的540种代谢物和31,256个表达基因的数据。基于对不同组织和生长阶段中代谢物和转录本丰度的整体模式分析，研究者证实了这540种代谢物可分为10个簇，且17,003个基因与540种代谢物中的至少一种进行共表达（r≥0.8），这些基因占番茄基因组中总预测蛋白质编码基因的54.4％。此外，研究者发现这17,003个基因的表达模式代表了整体基因的表达模式（图2D和2F）。
由于本研究使用了广泛靶向的LC-MS/MS的检测能力有限，样本中仍有一些化合物（如类胡萝卜素和萜类化合物）尚未被鉴定出来。因此，除了研究者已经确定的十个代谢物的簇以外，相同样品的进一步代谢组学分析可能还会揭示新的化合物累积模式和本研究中不包括的代谢途径。一旦研究者获得了这些信息，与代谢物共表达的基因数量可能会进一步增加，这为彻底研究番茄中调节代谢途径的遗传网络提供了丰富的资源。
本研究的MMN数据集对当前番茄的多组学资源是一个很好的补充。以前的研究主要集中在比较不同个体之间的特定组织，这为遗传变异和代谢变化之间提供了高清晰度的关联性。但是，如果一种化合物或一个途径未在采样的组织中表达，则很难分析其调控网络。通过覆盖番茄的大多数组织和发育阶段，MMN数据集提供了整个番茄生长周期内代谢和转录动力学的高分辨率信息。研究者用于分析MicroTom番茄生长周期的策略可用来指导比较不同物种和材料的实验设计。使用MMN数据集，研究者构建了番茄生长过程中代谢变化的全局图，包括：营养期和生殖期之间的重要代谢变化（图2A）；营养化合物（如类黄酮）在果实成熟期间增加，并在成熟阶段达到高水平（簇X，图3和表1）；营养组织和未成熟果实中的抗营养化合物（如SGAs）含量高，并在果实成熟期间显著下降（簇V，图3）。MMN可以捕获这些过程的转录变化以及其它重要的代谢变化，并为代谢调控的全面研究提供有价值的资源。
使用MMN数据集，研究者能够验证一些先前已知的代谢调节网络，并确定可能在番茄中调节代谢的新型转录因子。先前的研究已经确定SlMYB12和SlMYB75是类黄酮途径的调节剂。番茄果实中maize（Zea mays L.）Leaf colour（LC）基因和Colourless1（C1）基因或AtMYB12（SlMYB12的同系物）的表达阻碍了SlF3'5'H的诱导作用，从而导致果实中的类黄酮积累到更高水平，却没有花青素。但是，当番茄中SlMYB75或AmDel/AmRos1表达时，SlF3’5’H的表达被激活且果实中会产生花青素。本文中，研究者证实了SlMYB75主要存在于叶片中并控制3-OH类黄酮的生成，据报道它们有助于紫外线防护和病原体抗性。
MMN数据集还提供了客观的资源来筛选类黄酮途径的其它调节剂。因此鉴定出了一种新型ERF转录因子——SlERF.G3-like。研究者发现SlERF.G3-like的过表达可以激活主要类黄酮生物合成基因（如SlCHS1、SlF3H和SlFLS）的表达，从而增强类黄酮的产生（图6）。另外，似乎SlERF.G3-like与已知的类黄酮调节剂S1MYB12各自独立地发挥作用。所有这些数据表明，SlERF.G3-like是番茄果实中类黄酮生物合成的新型调节剂。
MMN数据集也被证明是一个研究防御性化合物（如SGAs）生物合成调控网络的有用工具。GLYCOALKALOID METABOLISM1（GAME1）催化甾体类生物碱的糖基化并调节其毒性。近期对番茄的研究发现，茉莉酸-响应性ERF转录因子（如JRE4）或SlGAME9参与了SGA水平的调控。MMN中代谢物的积累及调节其生物合成的转录因子（TFs）在番茄的生长周期中与其生物学功能完全匹配。筛选MMN数据集使研究者能够鉴定出SlbHLH114。与SlGAME9相似，SlbHLH114可以显著诱导SGA生物合成基因的表达，而SlbHLH114在番茄果实中的过表达可以增强主要SGAs的产生（图5）。所有这些数据表明bHLH114是一种参与调节SGA途径的新型转录因子。
总之，研究者的MMN数据集提供了番茄生长周期中20个不同组织/生长阶段的代谢组和转录组的高分辨率时空数据。它提供了番茄生长周期中主要代谢变化的全局视图以及这些代谢变化之下的转录调控。使用该数据集，研究者将能验证代谢调节的其它重要模式，并确定控制这些途径的新型转录因子。综上所述，MMN数据集为主要番茄代谢物的转录控制提供了见解，并为将来的品质改进提供了指导。
评论
如今，番茄已被认为是研究植物次级代谢的模型。尽管一些番茄的多组学研究已经调查了其营养组织，但目前大多数研究都集中在品种和物种之间的遗传变异对果实品质的影响，因此，在整个番茄生长周期中代谢和调控网络发生的变化仍然是未知的。为了探索番茄整个生长周期的代谢调控网络，本研究生成了高分辨率的时空代谢组数据和转录组数据，涵盖了MicroTom番茄的主要生长阶段和重要组织。这个MicroTom代谢网络数据集展示了番茄生长周期中代谢调节网络的整体图谱，并有助于验证调控重要代谢途径的新型调节剂。本研究提供了番茄代谢调控网络的时空变化见解，并为研究植物的代谢调控过程提供了宝贵的资源。
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