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源宜客戶發表:轉錄組分析揭示氧化磷酸化在草莓果實成熟初期的重要作用
作者: 來源: 發布于:2017-7-12 9:53:26 點擊量:

          源宜基因與北京農學院客戶在Scientific Reports上合作發表了題為Transcriptome analysis around the onset of strawberry fruit ripening uncovers an important role of oxidative phosphorylation in ripening的文章!下面我們一起看看這篇文章的研究內容。

 

 

研究背景

 

肉質果的成熟是一個復雜的發育過程,其中涉及包括質地、顏色、風味和香味方面很多基因的表達調控變化。草莓是研究非躍變型果實成熟的理想模式植物,眾所周知躍變型果實成熟過程受乙烯感知和信號轉導的調控,目前雖然通過對草莓果實成熟過程中的ABA代謝和信號通路研究,在理解非躍變型果實成熟過程已取得很多進展,但是明確的分子機制仍不是很清楚。

 

 

材料與方法

 

材料:八倍體草莓(Fragaria × ananassa cv. Hongyan),選取了20個草莓單株的60朵花,分別在果實發育的四個時期(CM1至CM4)大綠果期(花后18 d)、白果期(花后24 d)、始紅期(花后27 d)和片紅期(花后29 d)取樣,每個時期選取10個大小一致的果實樣本,去瘦果(種子),切取花托(果實,0.5-0.8cm3)用于轉錄組測序

方法:轉錄組測序,Illumina HiSeq2000 PE100,5.58-7.71 G clean data ;VIGS和SqRT-PCR分析果實呼吸、乙烯釋放率和可溶性固體含量檢測;ATP合成率、激素分析和多胺試驗

 

 

研究結果

 

1) 一共獲得了98,848 unigenes,其中24,358 genes 的長度大于1 kb。基因表達分析表明,與CM1相比,CM2、CM3和CM4的表達分布顯示有相似的表達模式,也就是說這3個時期與CM1時期有較大差異,CM2時期(白果期)有可能代表果實成熟的起始。與CM1相比的差異基因中,下調基因占優勢比例,這說明果實成熟的起始階段伴隨有大量基因的下調表達;CM3/CM4與CM2相比,差異基因急劇減少,上調基因占優勢,說明這些上調基因可能參與果實成熟的起始階段。值得注意的是,CM3和CM4具有相似的基因表達模式。

四個時期的基因差異表達分析

2)與果實成熟的相關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)、蛋白質的翻譯和加工、糖類代謝、色素和軟化,在果實從綠-白-紅的過程中,發生有一系列的代謝轉化,果實脫青過程比果實變紅的過程要更復雜,白果時期是一個特殊的時期。

果實成熟相關重要基因表達熱圖

3)差異基因富集分析表明,草莓果實成熟過程涉及氧化磷酸化和植物激素(GA and IAA)信號通路的減少,同時碳水化合物、苯丙類化合物、黃酮類化合物、谷胱甘肽、甲硫氨酸以及植物激素(ABA、JA、ethylene、PA)信號通路的增加。在果實變紅過程中,氧化磷酸化反應的減少表明氧化磷酸化在果實調控過程中具有調控作用。

差異基因VENN圖

4)為了進一步探究氧化磷酸化在草莓果實發育中的作用,考察了丙酮酸脫氫酶基因的表達情況,結果顯示丙酮酸脫氫酶基因E1 α亞基-PDHE1α(GenBank NO. XM_004297634.2),在白果期表達量增加,隨后呈現出由高到低的模式。VIGS分析以及相關生理參數檢測表明,PDHE1α可以抑制呼吸作用和ATP生物合成,同時促進糖類、ABA、ETH和PA的積累,最終加速了果實的成熟。

丙酮酸脫氫酶基因家族的轉錄組分析和PDHE1α沉默的VIGS分析

 

 

結論

 

該研究結果展示了草莓果實從綠-白-紅各個階段一系列的代謝轉變和伴隨的由多到少的差異基因基因數量變化,以及氧化磷酸化在果實成熟調控中的重要作用。基于我們的研究結果,探討了基于氧化磷酸化模型引起的草莓果實成熟過程。

草莓果實成熟過程的分子模型

 

 

參考文獻

 

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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