滇山茶狮子头及其芽变品种大玛瑙间花色差异分析

滇山茶是世界著名观赏花木,花色是其重要的观赏性状。滇山茶狮子头花色为深红色,而其芽变品种大玛瑙是滇山茶中唯一红白双色的名贵品种,极具观赏价值。以上述2个品种为研究材料,采用RHSCC比色卡比色法和色差仪测定2个品种滇山茶花蕾期和盛花期花瓣的花色表型,并基于转录组与代谢组分析挖掘呈色相关的关键代谢物及关键基因。花青素靶向代谢分析表明,在滇山茶2个品种中共鉴定出28种花青素代谢物,其中狮子头与大玛瑙红色区域花瓣间没有差异代谢物,狮子头与大玛瑙白色区域花瓣间的关键差异代谢物为矢车菊素-3-O-桑布双糖苷、原花青素B2、原花青素B3、阿福豆苷,大玛瑙花瓣的红白区域关键差异代谢物为矢车菊素-3-O-桑布双糖苷、原花青素B2、阿福豆苷。转录组KEGG分析结果表明,苯丙醇生物合成和类黄酮生物合成途径与大玛瑙红白双色花瓣的形成有关;植物激素信号转导和昼夜节律-植物途径与滇山茶花色芽变有关。转录代谢联合分析共筛选出与滇山茶呈色高度相关的差异表达基因共17条,包括4条CHS、3条HCT、2条F3′H、1条LAR、5条MYB和2条b HLH。本研究结果对进一步揭示花色芽变育种具有一定的参考意义。

基于WGCNA鉴定全缘叶绿绒蒿类黄酮合成途径关键基因

【目的】黄酮类化合物具有抗炎、抗癌、抑菌等多种功效,是全缘叶绿绒蒿的主要药用成分之一。通过分析全缘叶绿绒蒿不同部位的空间代谢组与转录组信息,挖掘调控黄酮类化合物合成的关键基因,为研究全缘叶绿绒蒿类黄酮合成机制提供理论参考,并为提高类黄酮含量遗传育种奠定分子基础。【方法】以全缘叶绿绒蒿的根、茎、叶和花瓣为材料,对不同部位进行转录组测序,并通过空间代谢组数据分析黄酮类化合物在不同部位中的分布情况,利用加权基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定出与黄酮类化合物合成密切相关的关键模块和关键基因。另外,挑选12个基因进行qRT-PCR,验证转录组数据的可靠性。【结果】全缘叶绿绒蒿中黄酮类化合物在不同部位呈现差异积累,花瓣是黄酮类化合物积累的主要部位,同时明确了8种主要黄酮类化合物。转录组测序共获得20085个表达基因,仅在花中表达的基因有286个,是仅在其他部位中表达基因数量的3.6—4.2倍。利用WGCNA对过滤后的高表达差异基因进行划分,共获得14个共表达模块,确定了关键模块MEturquoise和MEgreen与8个主要黄酮类化合物显著相关(P<0.05)。KEGG分析发现这两个模块基因主要在代谢相关的通路中富集,在黄酮类化合物合成相关通路上也有基因富集,两个模块分别包含了18个和6个与黄酮类化合物合成相关的基因,并从模块中筛选到14个核心结构基因(5个CHS、2个HIDH、2个CCoAOMT以及FLS、CYP75B1、CHI、HCT和CYP73A)和1个转录因子HB2,这些基因多在花瓣或是茎中高表达。qRT-PCR所测基因表达变化趋势与转录组基本一致,表明利用该转录组数据所得出的分析结果可信。【结论】全缘叶绿绒蒿黄酮类化合物积累和基因表达在不同器官间具有显著差异,联合分析筛选到与黄酮类化合物积累密切相关的14个核心结构基因和1个转录因子,这些基因可能在调控全缘叶绿绒蒿不同器官黄酮类化合物的合成和差异积累过程中起到关键作用。

滇山茶bHLH基因家族鉴定及花色形成相关基因筛选

【目的】通过生物信息学方法初步筛选与滇山茶花色相关的bHLH基因,为后续深入研究滇山茶花色提供支持。【方法】基于滇山茶全长转录组数据,通过生物信息学方法鉴定滇山茶bHLH基因家族成员,并对其理化性质、二级结构、系统发育关系和结构域等进行分析。利用二代转录组和代谢组数据挖掘与滇山茶花色相关的bHLH基因,通过实时定量聚合酶链式反应(real-time quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)验证bHLH基因在滇山茶开花过程中和不同品种间的表达情况。【结果】在滇山茶全长转录组中鉴定到71个滇山茶CrbHLHs基因,蛋白分子量的范围在22994.58-102996.96 Da,等电位为4.98-9.51,均为亲水性蛋白。与拟南芥聚类分析发现,滇山茶bHLH基因家族成员可分布到14个亚族。多组学联合分析发现,CrbHLH8、CrbHLH61和CrbHLH63与矢车菊色素苷呈正相关,而CrbHLH59与其呈负相关;CrbHLH13和CrbHLH71与原花青素呈正相关,其中CrbHLH8和CrbHLH61为IIIf亚族成员。【结论】从滇山茶全长转录组中鉴定出71个CrbHLHs家族成员,其中6个CrbHLHs与滇山茶花色相关。