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。

基于WGCNA发掘谷子穗部类黄酮合成途径调控关键基因

类黄酮是植物重要的次生代谢物质,在植物生长发育中发挥着重要的作用,此外,类黄酮具有抗氧化活性,对人体十分有益。谷子籽粒营养丰富全面,是一种保健型杂粮,深受我国人民喜爱。谷子作为C4模式植物,正在受到越来越多的关注。目前谷子籽粒类黄酮代谢及调控机制研究较少。本研究利用高类黄酮品种晋谷21(JG21)及低类黄酮品种牛毛白(NMB)谷穗为材料,分析JG21与NMB小穗发育不同阶段类黄酮靶向代谢组及JG21小穗发育不同阶段转录组,结合加权基因共表达网络分析挖掘可能参与调控类黄酮代谢的转录因子,并在不同水平的类黄酮品种中进行表达分析初步验证。结果发现,2个品种小穗中主要富集的类黄酮组分为芹菜素、牡荆素及柚皮素,三者共占总类黄酮含量的79%以上。类黄酮代谢基因共表达网络中包含38,921个基因,共划分为32个模块,其中turquoise模块、green模块及magenta模块与类黄酮代谢显著相关。利用类黄酮代谢通路差异表达基因作为关键基因筛选出与类黄酮代谢调控相关的27个转录因子家族,并通过启动子结合基序分析筛选获得11个转录因子。Pearson相关性分析表明,11个转录因子中有7个候选转录因子可能参与类黄酮代谢,分别为WRKY38、MYB4a、PI、WRKY15、WRKY62、MYB46、WRKY23。以上结果为研究谷子类黄酮代谢通路转录调控机制提供了新的候选基因,为深入揭示类黄酮代谢调控机制奠定基础。