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杨盛迪,孟祥轩,郭大龙,裴茂松,刘海楠,韦同路,余义和
YANG ShengDi, MENG XiangXuan, GUO DaLong, LIU HaiNan, PEI MaoSong, WEI TongLu, YU YiHe
摘要: 【目的】二氧化硫(SO2)处理可有效防治灰霉病和采后腐烂,但会导致葡萄浆果脱落,研究SO2引起葡萄浆果脱落的分子机制,明确关键基因和转录调控机制。【方法】使用SO2处理葡萄后,分别在2、4和6 d采样并统计CK对照组和SO2处理组的葡萄浆果脱落率,通过高通量测序技术对CK对照组和SO2处理组‘巨峰’葡萄采后2、4、6 d的样品测序,以葡萄基因组作为参考基因组进行序列比对,利用TPM算法计算基因表达量,使用基因集富集分析(GSEA)、基因共表达网络(GCN)以及转录调控网络预测方法对转录组数据进行系统的分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对其表达量进行验证。【结果】SO2处理能够显著诱导葡萄浆果脱落,在2 d时SO2处理的葡萄浆果脱落率为9.88%,在4 d时达到19.24%且均显著高于对照组,在6 d时脱落率达到38.25%,而对照组脱落率仅有11.85%。通过GSEA分析,发现在CK组富集的GO生物过程主要跟氧化应激反应,细胞壁代谢以及苯丙氨酸代谢通路相关,其中4 d时期CK组富集到植物细胞壁组织、果胶代谢、细胞壁修饰、聚半乳糖醛酸等。在SO2组富集的GO生物过程主要跟能量代谢通路相关,其中2 d时在SO2组富集到光合作用、四吡咯代谢、前体代谢物和能量的产生、葡萄糖代谢等。CK组富集的KEGG代谢通路主要有戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换、半乳糖代谢、植物激素信号转导、柠檬酸循环(TCA循环)等,SO2组有光合作用、柠檬酸循环(TCA循环)、糖酵解等。GCN将GSEA分析中的领头基因分为12个水平,水平4-水平9均富集到了能量代谢,糖代谢相关通路,其中水平4富集到了激素反应、氧化应激反应。对GCN关键level中的基因启动子序列进行转录调控预测分析,结果显示95个转录因子(TFs)与269个靶基因存在987对调控关系。WRKY14、WOX8、KUA1在SO2处理下持续下调。MYB60、MYB73、ANL2、ERF2、DOF3.6、GATA25、WRKY57、KAN2、ATHB6在SO2处理后持续上调。此外MYB15、WRKY11、WRKY33、WRKY40、WRK75先上调后下调。ERF2、MYB60和WRKY40的转录调控网络发现调控的靶基因涉及到细胞壁代谢、糖代谢等相关途径。qRT-PCR结果显示PME36和ERF2上调表达趋势相似,GAUT7、MYB60、UGE3上调表达趋势相似,此外WRKY40在SO2处理的2和4 d被诱导上调,PPME1、COMT1表达持续下调,SO2 4 d时LAC15被显著诱导上调。【结论】SO2诱导营养物质代谢、能量代谢、细胞壁代谢途径相关基因的表达,该过程受到多种转录因子调控,最终导致葡萄浆果脱落。