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番荔枝花發育的轉錄調控研究


 

發表文章:《Frontiers in Plant Science》         影響因子:4.495

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取    材
番荔枝花發育四個時期的樣本:花序分生組織(IM)、花芽(FB)、成花階段1(FL1)、成花階段2(FL2)。

結    果
轉錄組分析得到大量與花發育相關的轉錄因子家族基因,包括bHLH、NAC、B3、MYB等。GO和KEGG信號通路分析結果發現,144個基因與開花時間、花發育相關,涉及六條經典的開花相關信號通路:光周期(photoperiod)、春化路徑(vernalization)、自發路徑(autonomous)、熱感應(thermosensory)、衰老(aging)、GA信號通路。作者在文中詳細討論了這六條經典開花相關信號通路中的基因在番荔枝花發育過程中的表達量變化情況和趨勢,這里就不做介紹了。

我們重點看下作者是如何將轉錄組數據與代謝組數據聯合起來討論植物激素信號通路的。

前面KEGG信號通路富集分析結果顯示,不同開花時期的差異基因主要富集于植物激素信號通路和晝夜節律信號通路,而生長素auxin、脫落酸ABA、赤霉素GA、細胞分裂素cytokinin這四種植物激素與成花轉變和花發育密切相關。作者將這四種植物激素信號通路上的相關基因拿出來,分析這些基因在不同花發育階段的表達量變化趨勢,發現這些調控基因大部分呈現出階段特異性的表達趨勢,如下圖所示:

一般的文章這時候都是只在轉錄組層面分析討論這些基因的變化,略顯空洞并且缺乏信服力。但這篇文章的做法是,同時檢測了GA、 IAA、ABA和細胞分裂素這幾種植物激素在四個花發育階段的濃度變化,然后結合轉錄組數據分析這些信號通路的變化,信服力暴漲有木有。首先我們來看看植物激素檢測的結果:

GA、cytokinin和IAA的濃度在花發育過程中都是顯著下降,而ABA的濃度則顯著上升。下面我們結合轉錄組的數據來分析討論一下這些植物激素信號通路的變化:

1、生長素auxin
生長素在植物花發育過程中起著非常重要的作用,參與了花原基形成和花器官識別。轉錄組結果鑒定出不少ARF和Aux/IAA基因,說明ARF-Aux/IAA信號通路在番荔枝花發育過程中有著重要作用。

(1)auxin反應因子ARF:
ARF是一個經典的auxin反應家族。ARF1基因主要在IM階段高表達,而ARF19則主要在FL1階段高表達,暗示了這些不同的家族基因在花發育過程中發揮著不同的作用。

(2)吲哚乙酸IAA:
IAA10基因在花發育過程中表達量增加,表明其在花發育初期有著重要的作用。IAA3在花發育過程中表達量增加,在FL2階段表達量最高,這與IAA濃度的變化趨勢并不一致,暗示IAA3在花發育過程中可能受到乙烯的調控。

(3)Auxin轉運基因:
PIN7和MLO4的表達量在花發育過程中逐漸下降,這可能解釋了IAA的濃度在花發育過程中逐漸下降的原因。


2、赤霉素GA
GA的表達由五個蛋白基因調控:GAI、RGA、RGL1、RGL2、RGL3。其中,GA2ox家族基因催化了GA的生物合成。轉錄組結果顯示,GA2OX6和GA2OX7的表達量在花發育過程中顯著下降,這與GA的濃度變化趨勢一致。

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