基于加权关联网络分析的辣椒(Capsicum annuum L.)果实颜色转变相关基因的鉴定

辣椒属于茄科(Solanaceae)辣椒属(Capsicum L.)一年生或多年生植物,其播种面积和产值在中国均居蔬菜首位。果色是辣椒众多经济性状中最直观的性状之一,直接影响人们的购买选择。辣椒果色受多种因素调控,相关色素生物合成的分子调控还需进一步解析。本研究以果实发育过程中呈现5种颜色的辣椒种质HNCA0076为实验材料,进行了生理检测、转录组测序以及WGCNA分析。在果实5个不同颜色时期,叶绿素含量变化较大,类胡萝卜素含量整体呈现递增趋势,类黄酮含量无明显变化,花色苷含量在紫色果期后逐渐降低,橙色果期后又逐渐升高。RNA测序数据质量满足进一步分析要求。4个转色期的上调(下调)表达基因数分别为826(276)、390(588)、1248(1800)和1528(2485),随着果实的逐步发育,相邻比较组合中的差异基因的数量逐渐增加。差异表达基因经GO富集分析,主要集中在分子功能中的四吡咯结合、血红素结合、转移酶活性、氧化还原酶活性、铁离子结合和水解酶活性等过程;KEGG富集分析主要富集在类胡萝卜素生物合成、类黄酮生物合成和淀粉、蔗糖代谢等信号通路,其中类胡萝卜素代谢途径的3个基因在紫色时期向黄色时期的转变过程中表达上调,类黄酮代谢途径的11个基因在黄色时期向红色时期的转变过程中表达下调。4个对比组合差异基因分别注释到8877、8736、8689、8573个转录因子,共同注释到8049个转录因子,包括AP2、F-box、MYB和UDPGT等类型。利用非冗余的差异表达基因进行了加权关联网络分析,关联到4个与叶绿素、类胡萝卜素、花色苷、类黄酮含量相关的模块,进一步分析表明p450(LOC107859314)、Pkinase(LOC107839192、LOC107875415)、F-box(LOC107863894)和zf-MYND(LOC107852593)等29个转录因子可能参与辣椒果实转色的调控。本研究为进一步探索辣椒果实色素形成过程中的关键调控因子以及分析相关色素生物合成的调控提供了重要数据。

中国辣椒(Capsicum chinense)果色转变的比较代谢组分析

为探究辣椒果实转色前后的代谢产物差异,本研究以中国辣椒两份种质(HNUCC16和HNUCC22)为实验材料,采用LC-MS法检测中国辣椒的非靶向代谢物质,比较分析了辣椒转色前后的代谢产物。结果表明,在两份中国辣椒种质果实中,转色后果实中的苯丙氨酸、L-天冬酰胺、天冬氨酸等代谢物的含量显著高于转色前的果实,并与ABC转运蛋白代谢通路(ABC transporters)、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢通路(Alanine,aspartate and glutamate metabolism)、氨酰t RNA生物合成(Aminoacyl-tRNA biosynthesis)等密切相关。通过比较两份中国辣椒种质转色后果实中的差异代谢物,发现HNUCC22中棕榈酸、次黄嘌呤、葡萄糖、天冬氨酸等物质含量显著高于HNUCC16,且与氨酰tRNA生物合成通路、半胱氨酸和蛋氨酸代谢等通路相关。本研究为中国辣椒果色等相关性状的分子遗传改良提供一定的参考。

辣椒新细胞质雄性不育线粒体基因组的测序及分析

细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)被广泛应用于作物杂交种的生产。CMS通常由线粒体基因组中新的开放阅读框(open reading frame,ORF)所控制。本研究对细胞质雄性不育系种质HNUCA00HG的线粒体基因组进行了测序和分析,得到其基因组大小为564124 bp,比已经发表的不育系138A(504210 bp)和FS4401(507452 bp)分别长59915和56673 bp。共注释出77个已知功能基因,包括39个编码蛋白基因,33个编码tRNA基因和5个编码核糖体RNA基因。比较基因组和系统发育分析表明,这三个不育系的线粒体可能来自同一个祖先,但相互间存在明显差异。与HNUCA00HG线粒体相比,FS4401线粒体缺少两个已知的功能基因rps7和rps14,而138A不育系缺少rps7、rps14、atp4、atp8和mttB。初步预测了五个ORFs(ORF133a,ORF110a,ORF107a,ORF109a和ORF111a)为HNUCA00HG潜在的不育候选基因。因此,进一步解析辣椒细胞质雄性不育和杂交种培育提供了重要资源。