基于代谢组学研究谷子SiYABBYs参与花发育过程中鼠李糖苷的生物合成

花器官发育是生殖发育的前提和基础,对小穗最终的形成具有决定性作用,YABBY转录因子在花器官的发育中具有重要作用,探究谷子YABBY家族成员的序列特征及表达模式,揭示其与谷子穗发育的关系,为阐明谷子YABBY基因家族的功能以及提高谷子产量奠定理论基础。通过对谷子YABBY基因家族进行全基因组鉴定,分析SiYABBYs的理化性质、组织表达模式,并与拟南芥和水稻YABBY蛋白序列比对进行功能预测。结果表明,共鉴定8个YABBY家族成员,编码150-303个氨基酸,在抽穗期和授粉期的穗中特异表达,可能参与谷子营养组织的发育和花器官的形成。对谷子抽穗期和授粉期的代谢组数据与SiYABBYs的表达水平进行相关性分析发现,SiYABBY1/SiYABBY5/SiYABBY7/SiYABBY8与鼠李糖苷代谢通路的酶基因紧密关联,表明促进授粉期穗中鼠李糖苷的积累,可能与谷子的成育率及结实率相关。

外源水杨酸影响苦荞类黄酮生物合成及相关基因表达模式

水杨酸(salicylic acid,SA)作为一个重要的信号分子,具有调节植物次生代谢产物的功能。前期研究表明外源SA可促进苦荞幼苗总黄酮积累并影响相关基因表达,然而对于其影响苦荞籽粒中类黄酮合成还鲜有报道。本研究对‘黑丰1号’苦荞籽粒于绿熟期外源喷施0.5 mmol·L^(-1)SA,发现总黄酮含量较对照提高1.21倍;比较转录组分析共鉴定出2317个差异表达基因,包括988个上调和1329个下调基因;KEGG富集分析揭示差异表达基因主要集中在类黄酮生物合成途径上,在该途径中鉴定到26个表达差异显著的关键酶基因,其中苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、反式肉桂酸4-单加氧酶(trans-cinnamate4-monooxygenase,C4H)基因家族成员既有上调又有下调,而4-香豆酸酯-CoA连接酶(4-coumarate-CoA ligase,4CL)、查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)和黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)上调1.32~4.33倍。qRT-PCR结果表明,其表达趋势与转录组分析结果一致。对类黄酮代谢通路的26个基因进行启动子分析发现有12个基因均含有SA响应元件,表明该途径关键酶基因具有参与响应SA信号的功能。基于加权共表达网络分析结合拟南芥同源基因功能注释共筛选到3个SA介导下调控类黄酮合成相关基因的转录因子FtWRKY7(FtPinG0002142900)、FtWRKY2(FtPinG0002177700)及FtWRKY65(FtPinG0002493300)。以上结果暗示SA可调控类黄酮合成通路相关基因的表达水平,从而提升苦荞籽粒总黄酮积累。本研究初步揭示了SA调控苦荞籽粒类黄酮合成的分子机制,同时为外源喷施SA实现苦荞籽粒黄酮类物质生物强化,提升其营养价值提供一定的理论参考。