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文献解读

集思慧远客户发表《转录组学和代谢组学揭示梨果实表皮蜡质调控的分子机制》

发布日期:2019-08-29 浏览次数:350

合作单位:南京农业大学

影响因子:IF=3.571


研究背景

       水果的表皮蜡层有防止疾病、防止非气孔水分流失延长保质期的重要作用。然而,梨(Pyrus)果实中表皮蜡生物合成的分子基础仍然难以捉摸。

       这篇文章使用“玉香”梨果实的五个发育期来表征表皮蜡的变化及其相互关系,全面分析了角质蜡的形态、代谢和转录特征,提供了调控角质蜡生物合成的显性基因的信息。探讨了参与梨果实角质蜡合成、转运和调控的关键基因和调控因子,为进一步的功能表征奠定了基础。综合起来,为今后的分子研究和基于这些数据揭示梨果实角质蜡的一般调控机制提供了重要的基础。

实验设计

       为了更好的研究梨果实中角质蜡的生物合成机制,这篇文章从形态、转录和气相色谱−质谱(GC-MS)代谢组学角度对梨果实发育过程中的角质蜡生物合成进行了深入的研究,从而改善梨果实的角质蜡。

主要结果

1、GC-MS揭示梨果实发育过程中角质蜡浓度和蜡组分链长变化

       GC-MS显示表皮蜡在果实早期[盛花后20-80天(DAFB)]浓度从0.64mg/cm2(50 DAFB)增加到1.75mg/cm2,在果实成熟期(80-140 DAFB)期间,略微降低至1.22mg/cm2。

       梨果实的主要蜡成分在五个发育阶段相当相似;这些成分主要包括烷烃、伯醇、脂肪酸 CID,酯类,醛类,萜类和其他未分类的化合物。然而,不同的主要蜡组分的浓度及其碳链长度却有很大的差异。


2、扫描电镜观察梨果实角质蜡的形态变化

       扫描电镜显示,在果实发育过程中,蜡板晶体增多,蜡结构发生变化。


3、不同发育阶段玉鹿香果实中候选DEGs的PCA和鉴定

       通过PCA选出差异明显的三组(20, 80, and 140 DAFB)进行RNA-Seq分析。

       RNA-Seq分析得出在20vs80DAFb、80-140DAFb和20-140DAFb之间共有6977,3302和6621个基因被上调,7849,6500和9736基因被下调。重要的是,在这些基因中,514和1431个基因在所有三个发育阶段都有上调和下调。


4、DEGs的Go和KEGG通路分析

       GO注释结果表明,7981个DEGS(36.20%)被标注为“细胞成分”;11776个DEGs(53.42%)被标注为“分子功能”,3194个DEGS(56.14%)被标注为“生物过程”。通过Go注释,所有的DEGs被划分为51个功能区。(图5A)。此外,根据富集因子和Q值,DEGS的KEGG显示了6个过程的参与:代谢(70.57−,74.49%),遗传信息过程(12.09−18.71%)、环境信息过程(4.92−7.07%)、细胞过程(3.09−3.67%)和生物系统(2.69−3.14%)(支持信息的图S1)。这些结果表明,代谢是主要途径。此外,脂肪代谢途径与蜡生物合成密切相关。


5、基因表达与蜡成分的综合分析

       在转录和GC−MS代谢组学数据的基础上,构建了8个主要蜡组间差异基因的共表达网络(烷烃、伯醇、脂肪酸、萜类、酯类、醛、酮和其他未分类化合物)。包括15个结构基因和12个转录因子(TFS)的基因在内的27个基因主要与梨果实表皮蜡形成有关(图6)。在这27个基因中,8个以前未被报道的基因参与了蜡质生物合成(Pbr028523,Pbr000672,Pbr000343等)据报道,有19报道与角质蜡生物合成有关(PbrKCS 4、PbrLGF 1、PbrW)。


6、用qRT-PCR验证DEGs

       转录组基因表达变化与qRT-PCR的变化趋势高度一致。

结论

       建立了梨果实中长链脂肪(VLCFAs)和角质蜡合成与转运的模型,为研究梨果实中角质蜡的生物合成提供了一个机制框架。这些结果为研究“玉露”香梨果实角质蜡的分子事件提供了依据,也有助于指导候选基因的功能分析。