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文献解读

集思慧远客户发表《矮牵牛花冠衰老转录组研究》

发布日期:2019-03-17 浏览次数:177

  目前对矮牵牛的花冠自然衰老的遗传调控机制研究尚不明确。为了鉴定出调控该过程的关键基因和通路,本文对矮牵牛四个发育时期(花药开裂:D0,花药扩张:D2,花冠初步衰老:D4,花冠萎蔫:D7)的花冠进行转录组学的研究。不同发育时期的花冠间鉴定到大量的差异表达基因,(D0-D2,4626)、(D2-D4,1116)、(D4-D7,327)。KEGG分析结果表明植物生长素和乙烯合成及信号转导相关通路在花的发育过程中是显著富集的,且在花期开始时显著上调。乙烯的产生出现在D2-D4过渡阶段,而后在D4-D7时期大量释放。此外,大量的转录因子在衰老的过程中被激活。VIGS实验结果表明转录因子被抑制(如乙烯相关ERF,生长素相关ARF、bHLH、HB、MADS-box)显著延长或缩短花的寿命。研究结果表明生长素和乙烯之间的互作对矮牵牛花冠的自然衰老具有重要的意义。


  植物材料

  矮牵牛:Mitchell Diploid(四个时期花冠,花药开裂:D0,花药扩张:D2,花冠初步衰老:D4,花冠萎蔫:D7);Primetime Blue(VIGS)。

  一个重复取样至少是来自5株的5个花冠,每个时期各2个生物学重复。


  测序方案:Illumina HiSeq2000 PE100;FPKM:cufflinks (version: 2.1.1),DEGs:Cuffdiff software (version: 2.1.1),差异基因标准:fold change ≥2 or ≤0.5,FDR≤0.05。


  DEGs集群表达模式:STEM。

  VIGS:烟草花叶病毒,pTRV2/CHS载体。RT-PCR:Applied Biosystems 7300 system(内参:26S rRNA)。

  乙烯测量:乙烯检测器:ETD-300+进气系统:VC-6(每个时期三个生物学重复,每个实验检测3次)。


  研究结果

  1、花的衰老和乙烯的产量

  a.花冠四个发育时期自然衰老的过程;b.开花后一周每天的乙烯释放量(开花后5.5天乙烯释放量达到最大)


  2、花冠发育转录组动态分析

  转录组测序数据量统计结果

  不同发育阶段差异基因比较的韦恩图

  差异基因在4个时间段的表达模式(26种)

  图中颜色:显著水平(p≤ 0.05),方框上方数字:类型编号,下方数字:该模式下基因个数


  3、基因显著上调或下调时间点识别

  在花冠衰老过程的不同时间点被激活或抑制的代谢过程和细胞成分


  4、激素生物合成和信号通路中差异表达基因

  不同发育时期各种激素相关的差异基因(蓝色:下调,红色:上调)


  5、差异表达转录因子


  6、qRT-PCR验证RNA-seq数据

  随机挑选了18个差异表达TFs进行qRT-PCR验证,与测序结果相关性均高于0.9(上图为部分结果)


  7、VIGS验证各转录因子在花冠衰老过程中的作用

  空载和干扰载体处理结果相比,花冠衰老时间延长或缩短天数及寿命(部分结果)


  研究亮点

  1、文章通过对矮牵牛花冠发育的四个时期,利用转录组测序探讨与花冠衰老相关的基因和通路。对所有差异基因进行动态表达模式的统计分析(共26种表达模式),并对几个时期一直上调或下调的基因进行细胞组分和代谢通路的注释。

  2、针对和各种激素的生物合成和信号转导相关的差异基因及不同转录因子家族差异表达转录因子进行下的Mapman差异表达可视化描述。

  3、利用VIGS验证和花冠衰老相关的转录因子。结果表明转录因子被抑制(如生长素相关ARF、bHLH、HB、MADS-box,乙烯相关ERF)显著延长或缩短花的寿命。


  参考文献:

  Transcriptome profiling reveals regulatory mechanisms underlying corolla senescence in petunia[j]

  Horticulture Research .2018.IF=   4.554