转录组分析筛选调控苹果分枝能力的关键基因

【背景】苹果分枝数量的多少对于树体适应环境、生长生存、竞争资源都具有十分重要的作用。在实际生产过程中,多分枝的苹果品种更能满足整形修剪的需求,其不仅有利于果农因地制宜适时调整树体结构,塑造便于机械化采收的树形;而且对于调整结果枝均匀分布、保证结果量和果实品质都至关重要。【目的】本研究拟通过对同一发育时期的多分枝品种‘华星’和少分枝品种‘华硕’的顶芽、侧芽分别进行转录组测序,挖掘影响苹果分枝能力的关键基因,解析候选基因通过介导激素通路调控苹果分枝能力的潜在机理,为提高苹果分枝能力及产量提供理论依据。【方法】分别对‘华硕’和‘华星’的侧芽及顶芽进行转录组测序,通过差异表达基因(DEG)分析并借助加权基因共表达网络分析(weightedgeneco-expression network analysis,WGCNA)等生物信息学手段,筛选引起分枝数量差异的核心候选基因,并通过在拟南芥中异源过表达候选基因对筛选结果准确性进行验证。【结果】在‘华硕’和‘华星’的顶芽之间比对共得到2920个差异表达基因,而‘华硕’和‘华星’侧芽间比较共筛选到5127个差异表达基因。DEGs主要富集在植物激素信号传导通路中,生长素信号通路和独脚金内酯信号通路与苹果分枝能力关系最密切,相关编码MdIAA3、MAX2、TCP、JAZ等家族的基因在两个品种侧芽间的差异十分显著。编码CYC(cyclins)、CDK(cyclin-dependent kinase)、EXPA(expansin)等细胞周期、细胞壁修饰相关基因家族的DEGs也与苹果分枝能力呈正相关。进一步通过WGCNA分析得到候选基因CAD、EXPA、CYC、JAZ、SAUR的互作网络关系,这些基因可能在苹果分枝能力的调控过程中具有一定作用。对MdIAA3异源转化拟南芥后,发现MdIAA3明显增加了拟南芥长势、结荚数、分枝数。【结论】通过转录组分析,筛选到13个调控基因可作为苹果分枝能力控制的潜在基因,MdIAA3在拟南芥中异位表达,明显促进了植株长势和分枝能力;苹果分枝能力的调控主要涉及细胞的分化与发育,细胞壁修饰,生长素、独脚金内酯信号传导等过程。