谷子12种黄酮类代谢物合成通路分析

[目的]谷子营养丰富,其保健功能也日益受到消费者的重视。黄酮类次生代谢物多数具有抗炎、镇痛等药理活性,谷子中的黄酮类物质可能与胃功效有关。然而,谷子中黄酮类物质代谢途径缺乏研究,不利于发掘谷子特色功能成分及相关基因。[方法]本研究采用液相色谱-质谱联用广泛靶向代谢组技术,测定谷子不同品种成熟后籽粒黄酮类代谢组。通过phytozome数据库检索谷子黄酮代谢物上一步合成的关键酶基因,对不同品种、不同时期转录组数据及代谢组数据进行通路热图分析。[结果]通过对黄酮类代谢分析,揭示了其在谷子不同品种籽粒中的积累差异。本研究对12种黄酮类代谢物的合成通路进行分析,发现不同谷子品种间黄酮代谢物的差异基本上与其上游合成酶的表达差异一致,初步确定了15个关键基因;柚皮苷查尔酮和柚皮苷是含量最高的黄酮代谢物。[结论]本研究结果为深入探索谷子籽粒黄酮生物合成途径奠定了基础。

基于Camoco算法挖掘谷子叶鞘和叶枕颜色相关基因

[目的]基于Camoco(Co-analysis of molecular components)挖掘影响谷子叶鞘颜色和叶枕颜色的关键候选基因,为下一步研究候选基因调控谷子颜色相关性状的分子机制及应用潜力奠定基础。[方法]利用Camoco算法,对谷子叶鞘颜色和叶枕颜色进行候选基因预测。使用加权基因共表达网络分析(WGCNA)进一步聚焦候选基因,并初步确定候选基因的功能。[结果]检测到10个调控谷子颜色性状的关键候选基因,其中叶鞘颜色6个和叶枕颜色4个,多数基因直接或间接与叶绿体有关,其中Si4g01380和Si4g01390是双性状共定位到的候选基因。Si4g01380属于GRAS家族,该家族中有多个转录因子参与光敏色素的信号传导,与叶绿素密切相关。此研究为培育高光效谷子,提高谷子产量,发掘谷子形态标记奠定基础。[结论]本研究中使用的Camoco算法结合基因表达量数据,可以将候选基因的数量减少两个数量级,有效的缩小候选基因范围,并筛选出表达模式一致的基因,进一步提高候选基因的有效性,为后续验证功能基因奠定基础。此方法同样适用于对其他动植物功能基因的挖掘与鉴定;另外,本研究将GWAS和共表达数据进行整合分析的思路也可以应用到对其它动植物的功能基因鉴定上。

植物花距表型趋同进化和发育机制多样化的研究进展

花距常被认为是植物适应传粉者而出现的一个关键创新性状。花距在被子植物中广泛分布,并且不同物种花距形态存在较大差异。已有研究集中于探讨花距与传粉者间复杂的关系。本文介绍了花距的概念和功能,并且描述了花距的形态、长度、颜色和内含物等特征的多样性;阐述了造成种内和种间花距形态差异的原因;总结了花距在形成和发育过程中一系列细胞和关键分子机制。结合花距在被子植物中的分布和花距形成位置的多样性以及发育分子机制,阐明花距可能是多次起源,具有趋同进化特征,但是形成和发育方式在进化上不保守。最后,本文提出了花距未来研究的方向:(1)构建被子植物花距表型数据库,为花距的系统研究提供基础数据;(2)通过基因工程等方法构建花距突变体库,进一步验证花距变异对物种多样性的贡献;(3)使用多组学的方法,深入开展花距形成和发育分子机制的研究。