基因和环境共同决定了植物的表型，多组学联合可以从多个维度（基因、转录、蛋白、翻译后修饰、代谢）进行分析，扩宽了分析的广度，更好地阐明细胞生命过程，获取植物生长发育从细胞到个体水平的动态变化情况，进而研究植物生长发育复杂机制，提高育种的效率和准确性。此外，多组学技术也广泛应用于在植物的抗逆研究、生理代谢、品质改良、生物侵染等方面。
植物能够感知光照变化，如白天和夜晚，并预测这些变化以适应生存，这种能力的核心是植物的生物钟。“起床号”（RVE）蛋白通过激活晚间复合体和伪反应调节基因来维持有规律的昼夜节律变化。RVE8-like蛋白质及其两个同源物RVE 4和6在拟南芥中已被证明限制昼夜周期的长度，与野生型Col-0植株相比，rve 4 6 8三敲除植株具有更长的昼夜节律周期，叶表面积、生物量、细胞大小增加，开花延迟。在这里，作者使用多组学方法，即转录组学、蛋白质组学和代谢组学，绘制了RVE8-like蛋白和一些核心植物细胞过程之间的新联系。作者发现RVE8-like蛋白的缺失会导致碳水化合物、有机酸和脂质代谢的改变，包括在黎明时淀粉过量积累。进一步证明，rve 4 6 8植物具有较低水平的20S蛋白酶体亚基，且蛋白酶体活性显著降低，这可能解释了rve8突变体中观察到的细胞增大的原因。总的来说，多组学数据集为RVE8-like蛋白对植物细胞环境的深远影响提供了实质性的见解。
技术路线
研究结果
1. rve 4 6 8突变体分析显示在黎明时叶片淀粉积累过量
表型分析：在LED灯（12：12LD光周期）下，相对于WT Col-0，rve 4 6 8植株的叶面积和周长增加，生物量增加，开花延迟，叶片中淀粉积累过量。
2. 组学分析：
转录水平分析：rve 4 6 8植物关键光感受器基因表达的变化：在ZT12，rve4 6 8植株中PHYA表达减少，PHOT1表达显著增加，而PHYB、PHOT2、CRY1和ZTL没有变化。
蛋白质水平分析：536个蛋白和346个磷酸化蛋白显著变化，46%的蛋白磷酸化状态发生了显著变化（159/347个磷酸化蛋白），8.6%的磷酸化蛋白丰度发生了相应的变化（30/347个磷酸化蛋白）。将ZT0和ZT12时间点显著变化的磷酸肽与之前在WT Col-0的磷酸肽进行了比较，发现rve 4 6 8中有77个磷酸肽发生了显著变化，这表明RVE8-like蛋白影响核心生长和发育过程中蛋白质的昼夜磷酸化。
互作网络分析：通过STRING-DB网络分析证明了ZT0时间点rve4 6 8中观察到的淀粉过量表型，关联网络分析显示ZT0和ZT12时间点的rve4 6 8中许多蛋白的磷酸化状态大幅增加。作者还创建了STRING-DB网络图以便识别RVE8-like蛋白调控的潜在蛋白激酶。
代谢物水平分析：作者检测了在ZT0、6、12和18时rve 4 6 8与WT Col-0的代谢变化，发现了AAs、有机酸（OAs）、脂肪酸（FAs）和糖等物质在一天中的动态变化，最大的扰动发生在ZT0-ZT6附近。在所有四个ZT时间点上，rve 4 6 8植株甘油酸（OA）和富马酸（OA）的持续增加，丝氨酸（AA）和苏氨酸（AA）持续下降。
3. rve 4 6 8中蛋白酶体功能降低：
蛋白酶体活性试验发现rve4 6 8突变体的蛋白酶体活性显著降低。相应地，当生长在含有50μM MG132蛋白酶体抑制剂的平板上时，rve 4 6 8幼苗生长受到了抑制，与之前在核心20S蛋白酶体和激活蛋白酶体应激调节的NAC转录因子突变体中观察到的情况类似。
油菜素内酯（BRs）和雷帕霉素复合物靶点（TORC）是协调植物生长和胁迫反应的两个主要角色。油菜素内酯通过信号通路广泛调节基因表达，TORC调节翻译和自噬。作者鉴定了野生型拟南芥和突变体中23975个不敏感2（BIN2）或调节相关蛋白TOR 1B（RAPTOR1B）水平改变的21183个蛋白和27887个磷酸化位点水平，这分别是BR和TORC信号通路的两个关键角色。研究发现，BIN2或RAPTOR1B水平的变化会影响到参与生长和应激反应的一组共同基因产物。此外，从多组学数据重建的集成的信号网络中筛选了41个候选基因，发现许多这些蛋白的功能突变体缺失导致了BR反应的改变/自噬活性的调节。研究结果建立了一个预测网络，揭示了BR或TORC调控的生长和自噬之间不同层次的分子相互作用。
技术路线
研究结果
1. bin2和raptor1b突变体的多组学分析已知和新的调控作用
对20d龄的WT（野生型）、bin2D（功能获得）、bin2T（bin2 bil1 bil2三重功能丧失）和raptor1b功能丧失植物的叶片进行了转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析。检测到5675个转录本，11183个蛋白，该蛋白多达27887个磷酸位点。对bin2D、bin2T和raptor1b突变体中转录本和蛋白进行GO分析显示，与生长、激素、刺激感知和胁迫有关。
至少一个突变体的磷酸化蛋白质组学分析发现了4153个差异磷酸化位点，GO分析潜在的BIN2靶蛋白显示与植物生长发育、应对压力和防御有关，对BR、ABA和生长素的响应也很显著。raptor1b中磷酸化水平降低的蛋白的GO富集显示与植物生长、自噬、饥饿、生长素和BR反应有关，表明BR和TORC通路通过磷酸化信号通路发生交叉调控。
2. bin2突变体的磷酸化蛋白质组学分析显示bin2直接靶点富集
由于BIN2是一种激酶，作者假设在bin2D功能获得突变体中增加或bin2T突变体中减少的磷酸化位点可能是BIN2蛋白的直接底物。作者进行了验证，在磷酸化水平增加的蛋白质中，观察到了YDA和BSK1者两个已知的BIN2靶点。基序富集分析，发现在增加的磷酸基序中GSK3基序S/T-X-XX-S/T显著富集。之后，在评估BIN2直接靶点的普遍性中也表明通过体内突变谱鉴定的BIN2依赖的磷酸位点亚群可能是BIN2的直接底物。
3. 对bin2和raptor1b突变体的激酶信号网络推导
由于BIN2和RAPTOR1B（TORC）都参与磷酸化信号传导，研究者重建了这些信号网络的分子关系，基序富集分析发现GSK3基序在BIN2靶点中富集。
4. 整合的多维信号网络重建揭示了正常BR反应和自噬所需的蛋白
多组学数据集整合的网络分析筛选出了41个参与BR/TORC信号通路的候选基因，其中11个基因同时具有BR和自噬表型，3个基因的突变可以影响TORC活性。证实了综合多组学可以作为一种选择与BR/自噬途径相关的候选蛋白的方法。
