‘仓方早生’桃及其早熟芽变不同发育时期果实的转录组分析

【目的】通过对桃品种‘仓方早生’及其早熟芽变不同发育时期的果实进行转录组分析,挖掘参与调控桃果实成熟的关键因子,为深入研究桃果实成熟调控机理提供理论依据。【方法】以桃品种‘仓方早生’及其早熟芽变为试材,每个品种分别选择长势一致的样品树5株,分别于花后30 d(对应‘仓方早生’c1、早熟芽变y1)、45 d(对应c2、y2)、59 d(对应c3、y3)、71 d(对应c4、y4)及89 d(对应c5)对不同发育时期的桃去皮果肉进行取样和转录组测序,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对筛选的差异表达基因进行定量验证;利用GO和KEGG对‘仓方早生’及其早熟芽变的差异表达基因进行分析;基于差异表达基因构建加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),从中鉴定出与果实成熟密切相关的枢纽模块和枢纽基因。【结果】将处于果实相同发育时期的转录组数据进行比较,得到y1与c1、y2与c2、y3与c4和y4与c5四组对比数据,共筛选出差异表达基因4 395个,其中上调表达基因2 212个,下调表达基因2 183个。其中包括10个乙烯、11个脱落酸和18个生长素合成及其信号转导途径基因,并构建了10个IAA蛋白与预测互作ARF蛋白间的相互作用网络。由GO分类统计结果可知,差异表达基因在生物过程板块主要集中于细胞过程、代谢过程和单体过程;在细胞组分板块主要聚集于膜和细胞组分;在分子功能板块主要富集于结合蛋白和催化活性等方面。‘仓方早生’及其早熟芽变果实的差异基因主要集中在y3与c4和y4与c5对比组中,这些差异基因大多被富集到分子功能中结合活力、氧化还原酶活性等方面。对差异表达基因进行KEGG通路分析表明,在果实生长发育成熟过程中伴随着多种次生代谢产物的变化,如倍半萜和三萜生物合成、类黄酮生物合成、类胡萝卜素的生物合成和α-亚麻酸代谢等。同时,本研究发现生长素信号转导途径在不同时间节点均有富集,这意味着植物激素信号转导通路对果实成熟具有极为重要的作用。【结论】在‘仓方早生’及其早熟芽变不同发育时期果实的差异表达基因中,大量激素信号转导途径基因特别是生长素信号途径基因发生了富集,这些基因可能在调控果实发育中具有重要作用,可对这些候选的IAA和ARF功能及其如何通过相互作用调控果实成熟的机制进行进一步的解析。

‘仓方早生’桃及其早熟芽变果实蔗糖和苹果酸积累与相关基因表达

为揭示’仓方早生’桃及其早熟芽变果实生长发育过程中糖酸积累差异的分子机制,以’仓方早生’及其早熟芽变果实为试材,比较了二者不同发育时期果实中糖和有机酸含量的差异,并对其蔗糖及苹果酸代谢相关基因的表达差异进行分析,选出变化趋势明显的相关基因并进行实时荧光定量PCR (qRT-PCR)验证其表达情况。结果表明:’仓方早生’及其早熟芽变果实发育过程中,葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨醇、柠檬酸、苹果酸和莽草酸含量的变化趋势基本一致,二者成熟果实中上述糖酸的含量差异不显著。花后59和71 d时,早熟芽变果实中蔗糖含量显著高于’仓方早生’,苹果酸含量显著低于’仓方早生’。RNA-seq数据分析及相关性分析表明,’仓方早生’及其早熟芽变桃果实中蔗糖含量变化差异主要受PpSUS1、PpSPS1、PpINV2和PpTMT1-1表达影响,其中PpSUS1和PpTMT1-1表达量在果实发育过程中逐渐增加,与蔗糖含量变化趋势一致;PpSPS1表达量与蔗糖含量呈显著正相关。苹果酸含量变化差异主要受PpMDH1-2和PpNADP-ME1表达影响,PpMDH1-2的表达量在果实发育过程中逐渐下降,花后59和71 d时早熟芽变中PpMDH1-2表达量显著低于’仓方早生’;PpPEPCK1和PpPEPCK2对苹果酸积累起辅助调控作用。