中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (9): 1702-1718.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.003
张义茹1(), 韩雪1(
), 姚鑫杰3, 冯军1, 魏爱丽1, 李文超1, 张彬2, 韩渊怀2, 李红英2
收稿日期:
2024-10-14
接受日期:
2024-12-12
出版日期:
2025-05-08
发布日期:
2025-05-08
联系方式:
张义茹,Tel:18335440852;E-mail:zyru_2012@163.com。韩雪,Tel:15534401287;E-mail:15534401287@163.com。张义茹和韩雪为同等贡献作者
基金资助:
ZHANG YiRu1(), HAN Xue1(
), YAO XinJie3, FENG Jun1, WEI AiLi1, LI WenChao1, ZHANG Bin2, HAN YuanHuai2, LI HongYing2
Received:
2024-10-14
Accepted:
2024-12-12
Published:
2025-05-08
Online:
2025-05-08
摘要:
【目的】 探明谷子后熟期间小米淀粉、类胡萝卜素含量的变化特征,阐明该现象发生的分子机制,以期拓展谷子中类胡萝卜素代谢的新认知,为谷子米色稳定、小米深加工及贮藏提供理论依据。【方法】 对10个谷子品种收获后贮藏0、30、60和90 d的小米类胡萝卜素与淀粉含量分别进行测定;利用激光共聚焦显微镜观察代表性材料在4个贮藏阶段的淀粉粒的变化;利用转录组和蛋白质组分析该材料在贮藏不同阶段中与淀粉和类胡萝卜素代谢途径相关基因和蛋白的变化。【结果】 10个谷子品种后熟0—60 d,小米类胡萝卜素含量主要呈上升趋势,后熟90 d时开始下降,但高于0 d。淀粉含量在后熟30 d后呈上升趋势,之后整体呈下降趋势。显微镜观察发现,谷子在后熟30 d后,小米淀粉粒中类胡萝卜素荧光逐渐增多,淀粉体有向有色体转化趋势。转录组和蛋白质组联合分析得到1 344个DEGs和224个DEPs,主要富集在淀粉降解及类胡萝卜素合成代谢等途径,并构建了代谢网络调控图。【结论】 谷子后熟期间存在小米类胡萝卜素含量增加、淀粉含量减少的现象。推测淀粉降解导致丙酮酸含量升高,进入质体MEP途径促进类胡萝卜素合成,至谷子后熟末期,其下游脱落酸合成受到抑制,导致β-类胡萝卜素和玉米黄素等物质积累,进而影响米色变化。
张义茹, 韩雪, 姚鑫杰, 冯军, 魏爱丽, 李文超, 张彬, 韩渊怀, 李红英. 基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1702-1718.
ZHANG YiRu, HAN Xue, YAO XinJie, FENG Jun, WEI AiLi, LI WenChao, ZHANG Bin, HAN YuanHuai, LI HongYing. Integrated Multi-Omics Elucidates the Pigmentation Dynamics During Post-Harvest Maturation in Foxtail Millet (Setaria italica)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(9): 1702-1718.
表1
qRT-PCR引物设计列表"
基因ID Gene ID | 正向引物Forward primer (5′-3′) | 反向引物Reverse primer (5′-3′) |
---|---|---|
Seita.6G181400 | GCTACGCCTACATCCTAACCC | CCGATCTTCGTGATGACTTTGT |
Seita.6G181600 | TACAACAGCCTCAATGCCCA | GTAACCTTGGGGTGAGACGG |
Seita.1G331000 | ACAAGGTCATGCAGGGCTAC | AGGCCCCAGTCGAAGAAATG |
Seita.9G229700 | GTACTACAACACCCGGCACC | CATCTCGACGCAGGTGAAGT |
Seita.4G263300 | CAGTACACCCAGCTCATCGG | AGCAACGTTCTTGTACCCGT |
Seita.5G134800 | TTCTGTTCATCCCATCTTCCTG | CCCTCCTTACAATTTCGCCTA |
Seita.8G083400 | GCCAAGGATGAACGGAACCT | GAGCTCCATGTTCTCCCCAC |
Seita.3G059500 | CGTCGCACTCAGGAAAGTGT | GGCAGAACCGTCGAGCTTAT |
Seita.9G239800 | TGGAGAAGTGGTTGTGGTGC | TCAAGAGCGAAAGTGCATGG |
Seita.4G108300 | CCGGTCATATTGGTCTGCGA | TAAGCTGGGCTCTTGGATGC |
actin | TGCTCAGTGGAGGCTCAACA | CCAGACACTGTACTTGCGCTC |
表2
转录组测序数据信息"
样品 Sample | 原始数据 Raw reads | 高质量数据 Clean reads | 总比对率 Total mapped (%) | 过滤后数据 Clean bases (G) | Q20 (%) | Q30 (%) | GC (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0d-1 | 58375418 | 55633756 | 97.22 | 8.35 | 98.33 | 95.17 | 57.54 |
0d-2 | 58769864 | 55823920 | 97.21 | 8.37 | 98.48 | 95.64 | 57.53 |
0d-3 | 56265292 | 53767766 | 97.19 | 8.07 | 98.41 | 95.40 | 57.68 |
90d-1 | 53164314 | 51169888 | 96.36 | 7.68 | 98.08 | 94.82 | 56.38 |
90d-2 | 53275414 | 50375952 | 96.26 | 7.56 | 98.37 | 95.33 | 56.72 |
90d-3 | 44176254 | 41831696 | 96.36 | 6.27 | 98.30 | 95.17 | 57.02 |
图8
淀粉降解和类胡萝卜素合成代谢网络调控图 A:淀粉降解和类胡萝卜素合成代谢途径。B:相关基因表达热图。C:相关蛋白表达热图。方框代表酶,绿色表示表达量下调,红色表示表达量上调,蓝色表示表达量没有显著差异。AMY:α-淀粉酶;BMY:β-淀粉酶;MGAM:麦芽糖酶-葡萄糖淀粉酶;HK:己糖激酶;PGM:磷酸葡糖变位酶;GPI:磷酸葡萄糖异构酶;SPP:蔗糖磷酸酯酶;SPS:蔗糖磷酸合成酶;INA:蔗糖转化酶;FRK:果糖激酶;PFP:二磷酸依赖性磷酸果糖激酶;FBA:果糖-二磷酸醛缩酶;PGK:磷酸甘油酯激酶;PGAM:2,3-二磷酸甘油酯依赖性磷酸甘油酯突变酶;ENO:烯醇酶;PK:丙酮酸激酶;PDH:丙酮酸脱氢酶;AACT:乙酰-CoA乙酰转移酶;DXP:脱氧木酮糖磷酸合成酶;DXR:脱氧木酮糖磷酸还原异构酶;PSY:八氢番茄红素合成酶;PDS:八氢番茄红素脱氢酶;Z-ISO:ζ-胡萝卜素异构酶;ZDS:胡萝卜素脱氢酶;CRTISO:类胡萝卜素异构酶;LCYB:β-番茄红素环化酶;LCYE:ε-番茄红素环化酶;BCH:β-胡萝卜素羟化酶;ZEP:玉米黄质环氧酶;NCED:9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶;ABA2:黄氧素脱氢酶;AAO3:脱落酸醛氧化酶"
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