中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (11): 2158-2171.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.010
冯献君1(), 王丽2, 王彤1, 侯雷平1(
), 李梅兰1(
)
收稿日期:
2022-07-26
接受日期:
2022-11-15
出版日期:
2023-06-01
发布日期:
2023-06-19
通信作者:
侯雷平,E-mail:sxndhlp@126.com。李梅兰,E-mail:15935485975@163.com
联系方式:
冯献君,E-mail:643046085@qq.com。
基金资助:
FENG XianJun1(), WANG Li2, WANG Tong1, HOU LeiPing1(
), LI MeiLan1(
)
Received:
2022-07-26
Accepted:
2022-11-15
Published:
2023-06-01
Online:
2023-06-19
摘要:
【目的】菜心口感脆嫩,营养价值高,是华南地区人们最喜爱的蔬菜之一,其中糖的种类和含量是决定菜心甜度和风味的主要因素。分析菜心不同器官糖含量及与糖代谢和转运相关基因的表达,以探明导致菜心不同器官糖含量差异的分子机制。【方法】采用高效液相色谱法测定菜心叶片、薹茎和花蕾中可溶性糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的含量;通过转录组测序技术对菜心叶片、薹茎和花蕾基因的表达量进行全面系统的分析,并利用DESeq2软件鉴定3个不同器官间的差异表达基因,分析糖代谢通路及转运过程涉及的酶编码基因的表达,在基迪奥生信云平台将筛选到的与糖代谢转运相关的差异表达基因和糖含量进行相关性分析,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对部分基因的表达量进行验证。【结果】糖含量测定结果表明,菜心不同器官之间糖含量差异明显。可溶性糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均呈现花蕾>薹茎>叶片的趋势。花蕾中葡萄糖含量分别为薹茎和叶片的1.3倍和1.6倍,果糖含量分别为薹茎和叶片的1.42倍和1.78倍。通过分析糖代谢关键酶和转运蛋白编码基因与糖含量变化趋势的一致性,共找出18个与糖含量变化趋势一致的基因。通过分析糖代谢转运中相关差异基因的表达与糖种类及含量的相关性和一致性,鉴定了14个与糖含量变化趋势一致的DEG。合并7个共有基因(Bra020096、Bra029914、Bra033419、Bra037980、Bra027398、Bra006129和Bra006130),共计25个基因与糖含量变化趋势一致。qRT-PCR结果分析表明筛选到的8个差异基因的表达量FPKM值与相对表达水平高度一致,说明测序结果准确可靠。【结论】菜心花蕾中的糖含量高于薹茎和叶片,是由合成相关酶编码基因的表达在薹茎和花蕾中高于叶片所致,研究结果为揭示菜心不同器官中糖代谢及转运的分子机制奠定了一定基础。
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表1
实时荧光定量引物"
引物名称 Primer name | 正向引物 Forward primer (F) | 反向引物 Reverse primer (R) |
---|---|---|
β-actin | GTTGCTATCCAGGCTGTTCT | AGCGTGAGGAAGAGCATAAC |
Bra017257 | AACGTCAAGAGTGTATCCAG | AGCTCCATTATTCATCATCTG |
Bra033726 | AAGGGATCATTACATGGCG | AAAGGTCGTCGTAGAAATCG |
Bra038242 | CACTGACAAGGCTAAGCAAA | ATCAACTGTGGTCTGTAACG |
Bra033419 | TCAACTCTCAAAGGAGACAC | ACAGCTTTGGTAGGATACAC |
Bra036015 | AGTGCCATCTCGGATTTTAG | CACGCGCTAGTAAATGTTTC |
Bra015364 | CTTAGATACTTGTTTGTGCGG | CTCTCTGATGGAACGATGTC |
Bra016357 | CTCACAAGAACAAGGATAGCA | TGCGTCTACATTCTCATAGTC |
Bra031129 | GAGACGAAGACGAGAGAGCTA | ATCCACCTTCTTCACCTTTCGC |
表2
各样品测序数据评估及结果统计"
样品名称 Sample | 原始Reads Raw reads | GC含量 GC content (%) | Q30碱基百分比 ≥ Q30 (%) | 可比对reads数 Mapped reads | 唯一比对reads数 Unique mapped reads |
---|---|---|---|---|---|
叶片-1 Leaf-1 | 50121098 | 48.35 | 94.80 | 43670202 (89.75%) | 42083742 (86.49%) |
叶片-2 Leaf-2 | 44695888 | 48.33 | 94.80 | 38980000 (89.52%) | 37644105 (86.45%) |
叶片-3 Leaf-3 | 53080028 | 49.44 | 95.03 | 46199884 (90.48%) | 44398661 (86.95%) |
薹茎-1 Stalk-1 | 54125218 | 49.02 | 94.55 | 46442755 (89.01%) | 45253057 (86.73%) |
薹茎-2 Stalk-2 | 54650960 | 48.10 | 94.46 | 47363455 (88.62%) | 46267582 (86.57%) |
薹茎-3 Stalk-3 | 58405446 | 48.29 | 92.86 | 50627900 (88.55%) | 49523709 (86.62%) |
花蕾-1 Bud-1 | 54307592 | 47.53 | 94.09 | 46647934 (88.22%) | 45488092 (86.02%) |
花蕾-2 Bud-2 | 49747848 | 47.23 | 92.67 | 42692224 (88.05%) | 41538120 (85.67%) |
花蕾-3 Bud-3 | 61677872 | 46.87 | 94.11 | 53241893 (88.02%) | 51887560 (85.78%) |
表3
糖代谢相关酶的基因表达"
酶 Enzyme | 基因 Gene | 表达量 FPKM | 表达模式 Expression pattern | |||
---|---|---|---|---|---|---|
叶片 Leaf | 薹茎 Stalk | 花蕾 Bud | 叶vs薹 L vs S | 叶vs花 L vs B | ||
SPS1F | Bra002289 | 30.62±1.16 | 39.12±0.27 | 40.34±4.08 | 上调 Up | 上调 Up |
Bra020096 | 2.20±0.17 | 3.49±1.30 | 10.96±0.92 | 上调 Up | 上调 Up | |
SPS2F | Bra006090 | 2.25±0.21 | 5.81±0.10 | 5.76±0.47 | 上调 Up | 上调 Up |
SPS3F | Bra015364 | 0.22±0.02 | 0.26±0.14 | 16.96±4.35 | 上调 Up | 上调 Up |
SPS4F | Bra033195 | 101.31±4.16 | 2.8±0.72 | 51.68±10.47 | 下调 Down | 下调 Down |
SS1 | Bra002332 | 7.71±0.52 | 269.62±15.50 | 116.37±27.63 | 上调 Up | 上调 Up |
Bra006578 | 2.38±0.09 | 53.80±6.15 | 15.93±2.47 | 上调 Up | 上调 Up | |
SS2 | Bra037432 | 0.23±0.02 | 0.01±0.01 | 0.24±0.02 | 下调 Down | 上调 Up |
SS3 | Bra036282 | 0.17±0.01 | 0.06±0.01 | 8.20±0.32 | 下调 Down | 上调 Up |
SS5 | Bra039502 | 3.10±0.34 | 13.00±0.94 | 2.17±0.41 | 上调 Up | 下调 Down |
SS6 | Bra015995 | 2.56±0.09 | 7.55±0.16 | 2.09±0.05 | 上调 Up | 下调 Down |
Bra003845 | 1.98±0.06 | 8.73±0.42 | 1.91±0.16 | 上调 Up | 下调 Down | |
VINV1 | Bra036652 | 0.00 | 0.08±0.03 | 0.01±0.01 | 上调 Up | 上调 Up |
Bra027030 | 3.16 ±0.33 | 3.85±0.64 | 7.66±3.72 | 上调 Up | 上调 Up | |
VINV2 | Bra019749 | 37.34±2.12 | 211.83±13.08 | 44.90±8.51 | 上调 Up | 上调 Up |
Bra026984 | 31.37±3.10 | 203.28±28.08 | 62.53±5.39 | 上调 Up | 上调 Up | |
CWINV1 | Bra027397 | 0.81±0.14 | 0.02±0.02 | 1.18±0.13 | 下调 Down | 上调 Up |
Bra021508 | 2.84±0.51 | 0.01±0.01 | 1.18±0.56 | 下调 Down | 下调 Down | |
CWINV2 | Bra033419 | 0.08±0.01 | 0.52±0.06 | 24.25±0.84 | 上调 Up | 上调 Up |
CWINV3 | Bra037980 | 4.81±0.61 | 16.25±2.04 | 17.97±1.55 | 上调 Up | 上调 Up |
CWINV4 | Bra017257 | 0.64±0.14 | 0.05±0.01 | 74.68±17.23 | 下调 Down | 上调 Up |
Bra023053 | 1.51±0.32 | 0.12±0.04 | 3.68±0.11 | 下调 Down | 上调 Up | |
CWINV5 | Bra027398 | 0.00 | 0.00 | 4.36±0.08 | — | 上调 Up |
CWINV6 | Bra008926 | 0.09±0.02 | 0.13±0.02 | 0.14±0.06 | 上调 Up | 上调 Up |
Bra006129 | 0.00 | 0.00 | 0.45±0.04 | — | 上调 Up | |
Bra006130 | 0.03±0.02 | 0.04±0.01 | 2.81±0.11 | 上调 Up | 上调 Up | |
SWEET10 | Bra022761 | 0.00±0.00 | 0.02±0.01 | 127.4±6.32 | 上调 Up | 上调 Up |
SWEET11 | Bra029914 | 69.68±7.78 | 15.86±2.32 | 6.01±0.37 | 下调 Down | 下调 Down |
SWEET15 | Bra006185 | 0.68±0.12 | 0.23±0.07 | 4.54±0.64 | 下调 Down | 上调 Up |
Bra008850 | 2.91±0.13 | 1.09±0.28 | 16.11±3.41 | 下调 Down | 上调 Up | |
Bra023394 | 0.00±0.00 | 0.01±0.01 | 6.47±2.92 | 上调 Up | 上调 Up | |
SWEET16 | Bra001638 | 0.00 | 0.00 | 0.34±0.02 | — | 上调 Up |
Bra021190 | 0.56±0.33 | 0.79±0.14 | 0.17±0.03 | 上调 Up | 下调 Down | |
SWEET17 | Bra012752 | 4.23±0.47 | 16.64±1.94 | 7.72±0.04 | 上调 Up | 上调 Up |
Bra038060 | 4.29±0.48 | 16.57±3.61 | 2.97±0.03 | 上调 Up | 下调 Down | |
SWEET1 | Bra017916 | 28.71±0.41 | 8.40±0.20 | 220.91±21.96 | 下调 Down | 上调 Up |
Bra016421 | 23.32±0.81 | 4.08±0.27 | 23.49±1.83 | 下调 Down | 上调 Up | |
SWEET2 | Bra027312 | 16.42±3.49 | 0.98±0.11 | 0.93±0.44 | 下调 Down | 下调 Down |
Bra027314 | 15.74±0.74 | 1.57±0.22 | 2.71±0.12 | 下调 Down | 下调 Down | |
Bra021577 | 20.43±1.51 | 7.01±0.69 | 6.95±0.04 | 下调 Down | 下调 Down | |
SWEET3 | Bra003075 | 0.03±0.01 | 0.00 | 55.95±0.93 | 下调 Down | 上调 Up |
Bra022636 | 0.00 | 0.00 | 54.66±0.30 | — | 上调 Up |
表4
与糖代谢密切相关的关键差异表达基因分析"
基因 Gene | 编码酶 Coding enzyme | GO功能 GO function | 表达量 FPKM | 差异倍数 Log2FC | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
叶片 Leaf | 薹茎 Stalk | 花蕾 Bud | 叶vs薹 L vs S | 叶vs花 L vs B | 薹vs花 S vs B | |||
Bra019214 | PGI1 | 糖酵解过程 Glycolytic process | 88.78±2.27 | 49.07±1.30 | 47.39±3.31 | -1.548 | -1.928 | — |
Bra007210 | UGP3 | UDP葡萄糖代谢过程 UDP-glucose metabolic process | 55.35±3.43 | 13.41±0.75 | 10.53±0.24 | -2.741 | -3.413 | — |
Bra015364 | SPSB | 蔗糖生物合成过程 Sucrose biosynthetic process | 0.29±0.02 | 0.18±0.14 | 16.96±4.35 | — | 4.845 | 6.254 |
Bra020096 | SPS1F | 2.20±0.17 | 3.49±1.30 | 10.96±0.92 | — | 1.301 | 1.315 | |
Bra014262 | SPP1 | 0.32±0.01 | 1.60±0.45 | 3.68±0.34 | 1.645 | 2.535 | — | |
Bra030439 | 0.03±0.01 | 0.04±0.02 | 3.16±0.01 | — | 5.851 | 5.931 | ||
Bra036282 | SS3 | 蔗糖代谢过程 Sucrose metabolic process | 0.17±0.01 | 0.06±0.01 | 8.20±0.32 | — | 4.57 | 6.727 |
Bra033419 | CWINV2 | 蔗糖分解代谢过程 Sucrose catabolic process | 0.08±0.01 | 0.52±0.06 | 24.25±0.84 | 1.96 | 7.189 | 5.241 |
Bra037980 | CWINV3 | 4.81±0.61 | 16.25±2.04 | 17.97±1.55 | 1.081 | — | — | |
Bra017257 | CWINV4 | 0.64±0.14 | 0.05±0.01 | 74.68±17.23 | -4.42 | 5.84 | 10.282 | |
Bra027398 | CWINV5 | 0.00±0.00 | 0.00±0.00 | 4.36±0.08 | — | 9.398 | 10.28 | |
Bra006129 | CWINV6 | 0.00±0.00 | 0.00±0.00 | 0.45±0.04 | — | 6.833 | 7.717 | |
Bra006130 | 0.03±0.02 | 0.04±0.01 | 2.81±0.11 | — | 5.892 | 5.791 | ||
Bra039025 | HXK2 | 糖酵解过程 Glycolytic process | 33.02±1.53 | 33.55±1.45 | 104.06±10.12 | — | — | 1.326 |
Bra015599 | HXK3 | 1.29±0.16 | 3.71±0.56 | 12.48±0.16 | — | 2.246 | 1.419 | |
Bra011789 | 0.00±0.00 | 0.00±0.00 | 4.07±0.82 | — | 9.226 | 10.11 | ||
Bra010616 | 0.00±0.00 | 0.00±0.00 | 1.80±0.56 | — | 8.127 | 9.01 | ||
Bra035821 | HXK4 | 1.53±0.67 | 2.36±0.30 | 6.73±0.40 | — | 1.106 | 1.198 | |
Bra007452 | FRK4 | 果糖代谢过程 Fructose metabolic process | 0.01±0.01 | 0.00±0.00 | 1.62±0.09 | — | 6.401 | 8.241 |
Bra029158 | FRK1 | 0.10±0.01 | 0.90±0.09 | 4.75±0.56 | 2.475 | 4.54 | 2.074 | |
Bra036482 | GLK1 | 94.36±14.03 | 5.48±0.61 | 2.86±0.10 | -4.51 | -5.784 | -1.268 | |
Bra031129 | 140.10±18.85 | 10.12±0.93 | 2.81±0.11 | -4.482 | -6.656 | — | ||
Bra033726 | GLK2 | 67.67±1.71 | 13.42±1.13 | 10.29±1.60 | -2.788 | -3.543 | — | |
Bra036015 | 47.71±0.56 | 4.66±0.83 | 4.31±0.88 | -4.293 | -4.337 | — | ||
Bra022761 | SWEET10 | 蔗糖转运 Sucrose transport | 0.00±0.00 | 0.02±0.01 | 127.4±6.32 | — | 13.491 | 12.514 |
Bra029914 | SWEET11 | 69.68±7.78 | 15.86±2.32 | 6.01±0.37 | -2.796 | -4.544 | -1.75 | |
Bra026487 | SWEET12 | 0.26±0.1 | 18.27±5.08 | 18.24±0.98 | 5.478 | 5.178 | — | |
Bra023394 | SWEET15 | 0.00±0.00 | 0.01±0.01 | 6.47±2.92 | — | 9.215 | 9.131 | |
Bra038242 | STP4 | 葡萄糖输入 Glucose import | 16.00±0.34 | 5.99±0.06 | 1.66±0.06 | -2.1 | -4.277 | -2.173 |
Bra032018 | VGT1 | 果糖跨膜转运;葡萄糖输入 Fructose transmembrane transport; glucose import | 10.55±0.07 | 6.61±1.04 | 19.24±1.88 | -1.356 | — | 1.219 |
Bra017916 | SWEET1 | 糖跨膜转运 Sugar transmembrane transport | 28.71±0.41 | 8.40±0.20 | 220.91±21.96 | -2.476 | 1.927 | 4.425 |
Bra022636 | SWEET3 | 0.00±0.00 | 0.00±0.00 | 54.66±0.30 | — | 12.114 | 12.994 |
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