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源宜客户发表:转录组分析揭示氧化磷酸化在草莓果实成熟初期的重要作用
作者: 来源: 发布于:2017-7-12 9:53:26 点击量:

          源宜基因与北京农学院客户在Scientific Reports上合作发表了题为Transcriptome analysis around the onset of strawberry fruit ripening uncovers an important role of oxidative phosphorylation in ripening的文章!下面我们一起看看这篇文章的研究内容。

 

 

研究背景

 

肉质果的成熟是一个复杂的发育过程,其中涉及包括质地、颜色、风味和香味方面很多基因的表达调控变化。草莓是研究非跃变型果实成熟的理想模式植物,众所周知跃变型果实成熟过程受乙烯感知和信号转导的调控,目前虽然通过对草莓果实成熟过程中的ABA代谢和信号通路研究,在理解非跃变型果实成熟过程已取得很多进展,但是明确的分子机制仍不是很清楚。

 

 

材料与方法

 

材料:八倍体草莓(Fragaria × ananassa cv. Hongyan),选取了20个草莓单株的60朵花,分别在果实发育的四个时期(CM1至CM4)大绿果期(花后18 d)、白果期(花后24 d)、始红期(花后27 d)和片红期(花后29 d)取样,每个时期选取10个大小一致的果实样本,去瘦果(种子),切取花托(果实,0.5-0.8cm3)用于转录组测序

方法:转录组测序,Illumina HiSeq2000 PE100,5.58-7.71 G clean data ;VIGS和SqRT-PCR分析果实呼吸、乙烯释放率和可溶性固体含量检测;ATP合成率、激素分析和多胺试验

 

 

研究结果

 

1) 一共获得了98,848 unigenes,其中24,358 genes 的长度大于1 kb。基因表达分析表明,与CM1相比,CM2、CM3和CM4的表达分布显示有相似的表达模式,也就是说这3个时期与CM1时期有较大差异,CM2时期(白果期)有可能代表果实成熟的起始。与CM1相比的差异基因中,下调基因占优势比例,这说明果实成熟的起始阶段伴随有大量基因的下调表达;CM3/CM4与CM2相比,差异基因急剧减少,上调基因占优势,说明这些上调基因可能参与果实成熟的起始阶段。值得注意的是,CM3和CM4具有相似的基因表达模式。

四个时期的基因差异表达分析

2)与果实成熟的相关的重要基因主要包括氧化磷酸化(NADH、ATPase)、植物激素(ABA、IAA、GA、ETH、JA和PA)、抗氧化作用(GST、Vc)、蛋白质的翻译和加工、糖类代谢、色素和软化,在果实从绿-白-红的过程中,发生有一系列的代谢转化,果实脱青过程比果实变红的过程要更复杂,白果时期是一个特殊的时期。

果实成熟相关重要基因表达热图

3)差异基因富集分析表明,草莓果实成熟过程涉及氧化磷酸化和植物激素(GA and IAA)信号通路的减少,同时碳水化合物、苯丙类化合物、黄酮类化合物、谷胱甘肽、甲硫氨酸以及植物激素(ABA、JA、ethylene、PA)信号通路的增加。在果实变红过程中,氧化磷酸化反应的减少表明氧化磷酸化在果实调控过程中具有调控作用。

差异基因VENN图

4)为了进一步探究氧化磷酸化在草莓果实发育中的作用,考察了丙酮酸脱氢酶基因的表达情况,结果显示丙酮酸脱氢酶基因E1 α亚基-PDHE1α(GenBank NO. XM_004297634.2),在白果期表达量增加,随后呈现出由高到低的模式。VIGS分析以及相关生理参数检测表明,PDHE1α可以抑制呼吸作用和ATP生物合成,同时促进糖类、ABA、ETH和PA的积累,最终加速了果实的成熟。

丙酮酸脱氢酶基因家族的转录组分析和PDHE1α沉默的VIGS分析

 

 

结论

 

该研究结果展示了草莓果实从绿-白-红各个阶段一系列的代谢转变和伴随的由多到少的差异基因基因数量变化,以及氧化磷酸化在果实成熟调控中的重要作用。基于我们的研究结果,探讨了基于氧化磷酸化模型引起的草莓果实成熟过程。

草莓果实成熟过程的分子模型

 

 

参考文献

 

Wang Q H, Cheng Z, Miao Z, et al. Transcriptome analysis around the onset of strawberry fruit ripening uncovers an important role of oxidative phosphorylation in ripening[J]. Scientific Reports, 2017, 7:41477.



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