中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (10): 1995-2009.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.011
张海青(), 张恒涛, 高启明, 姚家龙, 王亚荣, 刘珍珍, 孟祥鹏, 周喆(
), 阎振立(
)
收稿日期:
2023-11-01
接受日期:
2024-03-29
出版日期:
2024-05-16
发布日期:
2024-05-23
通信作者:
联系方式:
张海青,E-mail:13838350386@163.com。
基金资助:
ZHANG HaiQing(), ZHANG HengTao, GAO QiMing, YAO JiaLong, WANG YaRong, LIU ZhenZhen, MENG XiangPeng, ZHOU Zhe(
), YAN ZhenLi(
)
Received:
2023-11-01
Accepted:
2024-03-29
Published:
2024-05-16
Online:
2024-05-23
摘要:
【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(weighted gene co-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2 920个差异表达基因,而‘华硕’和‘华星’侧芽间比较共筛选到5 127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。
张海青, 张恒涛, 高启明, 姚家龙, 王亚荣, 刘珍珍, 孟祥鹏, 周喆, 阎振立. 转录组分析筛选调控苹果分枝能力的关键基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1995-2009.
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表1
测序数据统计"
样本 Sample | 原始序列数据 Raw reads | 过滤后数据 Clean reads | 比对到基因组 Total map | 碱基质量值 Q20 (%) | 碱基质量值 Q30 (%) | GC占比 GC (%) |
---|---|---|---|---|---|---|
HSD1 | 46230010 | 45481100 | 40805210(89.72%) | 96.07 | 89.95 | 45.42 |
HSD2 | 47417824 | 46744010 | 42366223(90.63%) | 96.57 | 90.97 | 46.07 |
HSD3 | 50614470 | 49588586 | 44958745(90.66%) | 96.64 | 91.07 | 46.12 |
HSC1 | 41885282 | 40719076 | 36228477(88.97%) | 96.07 | 90.07 | 46.07 |
HSC2 | 45343404 | 44619430 | 40058699(89.78%) | 96.72 | 91.30 | 45.85 |
HSC3 | 41242840 | 40301052 | 36008246(89.35%) | 96.45 | 90.78 | 45.93 |
HXD1 | 46239534 | 45644466 | 41374789(90.65%) | 95.94 | 89.81 | 46.15 |
HXD2 | 46475308 | 45429544 | 41069245(90.40%) | 96.46 | 90.81 | 46.43 |
HXD3 | 45253168 | 44460432 | 40627835(91.38%) | 96.88 | 91.66 | 46.50 |
HXC1 | 42828110 | 42435144 | 38346254(90.36%) | 96.29 | 90.44 | 45.92 |
HXC2 | 46425522 | 45877734 | 41220790(89.85%) | 95.96 | 89.79 | 45.53 |
HXC3 | 46221574 | 45743482 | 41406160(90.52%) | 96.67 | 91.20 | 45.61 |
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