





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (22): 4506-4522.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.012
陈敏氡(
), 王彬, 刘建汀, 李永平, 白昌辉, 叶新如, 裘波音, 温庆放(
), 朱海生(
)
收稿日期:2023-04-10
接受日期:2023-09-05
出版日期:2023-11-16
发布日期:2023-11-17
通信作者:
朱海生,E-mail:zhs0246@163.com。联系方式:
陈敏氡,E-mail:1053870789@qq.com。
基金资助:
CHEN MinDong(
), WANG Bin, LIU JianTing, LI YongPing, BAI ChangHui, YE XinRu, QIU BoYin, WEN QingFang(
), ZHU HaiSheng(
)
Received:2023-04-10
Accepted:2023-09-05
Published:2023-11-16
Online:2023-11-17
摘要:
【目的】 鉴定丝瓜果长和果径发育基因共表达模块并筛选关键调控基因,为后续丝瓜果形控制的分子机制研究提供理论依据。【方法】以丝瓜9个发育阶段(开花前2 d以及花后0、2、4、6、8、10、15和20 d)果实为研究材料,测定各阶段的果长和果径,利用WGCNA方法联合分析转录组与果长和果径数据,鉴定与果长和果径发育相关的共表达基因模块,筛选关键调控基因。【结果】利用WGCNA鉴定出14个共表达模块,与果长和果径显著相关(相关系数的绝对值=0.9)的共表达模块有2个,显著正相关的模块为Turquoise模块,显著负相关的模块为Lightpink4模块。KEGG富集分析发现,Turquoise模块显著富集在内吞作用和苯丙烷生物合成通路,与果实膨大、伸长调控密切相关,可作为研究丝瓜果长和果径的关键基因模块。根据Turquoise模块内基因的连接度以及功能注释,筛选出10个关键调控基因,包括木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶基因XTH23、肌动蛋白解聚因子基因ADF2、伴侣蛋白基因DnaJ10、扩展蛋白基因(EXPA1、EXPA4和EXLA5)、驱动蛋白基因Kinesin-13A、生长素反应基因SAUR21和Aux/IAA11。RT-qPCR结果显示,10个调控基因的表达量均在果实进入快速生长期(花后8 d)后显著升高,增加倍数约为2—50倍。通过构建基因互作网络,发现部分调控基因与WRKY、bHLH和HSF转录因子家族存在互作关系。【结论】获得了丝瓜果长和果径基因共表达重要模块Turquoise模块,筛选到10个调控基因可作为丝瓜果形控制的潜在候选基因,并发现丝瓜果长和果径的发育调控主要涉及细胞壁的重构、细胞的发育与分化、生长素的调控等过程。
陈敏氡, 王彬, 刘建汀, 李永平, 白昌辉, 叶新如, 裘波音, 温庆放, 朱海生. 基于转录组和WGCNA筛选丝瓜果长和果径发育调控相关基因[J]. 中国农业科学, 2023, 56(22): 4506-4522.
CHEN MinDong, WANG Bin, LIU JianTing, LI YongPing, BAI ChangHui, YE XinRu, QIU BoYin, WEN QingFang, ZHU HaiSheng. Screening Regulatory Genes Related to Luffa Fruit Length and Diameter Development Based on Transcriptome and WGCNA[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(22): 4506-4522.
表1
本研究所用实时荧光定量PCR引物"
| 基因ID Gene ID | 上游引物 Upstream primer(5'-3') | 下游引物 Downstream primer(5'-3') |
|---|---|---|
| Maker00007620 | GAACCAGCCGATGAGGAT | TAGGACGCAGTGAAGGGA |
| Maker00033581 | TGATTTCGACTTTGTTACTG | TGAATCTGTCTTTGGAGC |
| Maker00000726 | CAGATGGACGAGTTTGTG | TCCCGAGTTCCTTAGCAG |
| Maker00000768 | ATGCTCTTCCCAACGACA | CCTGATTCCTCCCTGCTT |
| Maker00039481 | TCGCAGCCAATCTTTCAG | ACCGCCCACGTTTGTTAT |
| Maker00026031 | GCCTTGGTTTCCTCTGTT | TGTTCCATAGCCTTGACTG |
| Maker00009740 | GCCCTCCGAACTACGCTCTT | TGAACCTGATTCCTCCCTGT |
| Maker00024997 | TTTCTTCAGTTCCGTCTATT | TCTGCAACCCTTCTACCC |
| Maker00001372 | TTTCAAGGACCTGCTAAG | ATAGTCAAGCCTCCCATA |
| Maker00038241 | GCGATTCCGCACGCAAGA | TCCACGAAGCGACGACGAG |
| 18sRNA | GCTTGGGTGCTCGACAAACT | TCCACAGAGCAATGTCAATGG |
表2
丝瓜果长和果径发育调控的候选基因"
| 基因名 Gene ID | 染色体 Chromosome | 基因功能描述 Gene description | 基因连通性在Turquoise模块的排名 Gene connectivity in turquoise module ranking |
|---|---|---|---|
| Maker00007620 | 2 | 木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶23 Xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase protein 23 (XTH23) | 1 |
| Maker00033581 | 5 | 肌动蛋白解聚因子2 Actin-depolymerizing factor 2 (ADF2) | 4 |
| Maker00000726 | 8 | 伴侣蛋白DnaJ10 Chaperone protein DnaJ10 (DnaJ10) | 7 |
| Maker00026031 | 7 | 扩展蛋白A1 Expansin-A1 (EXPA1) | 50 |
| Maker00009740 | 7 | 扩展蛋白A4 Expansin-A4 (EXPA4) | 155 |
| Maker00024997 | 12 | 驱动蛋白13A Kinesin-13A (Kinesin-13A) | 266 |
| Maker00000768 | 8 | 扩展蛋白A4 Expansin-A4 (EXPA4) | 351 |
| Maker00039481 | 10 | 类扩展蛋白A5 Expansin-like-A5 (EXLA5) | 373 |
| Maker00001372 | 8 | 生长素反应蛋白SAUR21 Auxin-responsive protein SAUR21 (SAUR21) | 416 |
| Maker00038241 | 12 | 生长素反应蛋白IAA11 Auxin-responsive protein IAA11 (AUX/IAA11) | 453 |
| [1] |
李佳欣, 冯玉. 丝瓜不同部位药理作用研究进展. 食品工业科技, 2021, 42(10): 355-361.
|
|
|
|
| [2] |
|
| [3] |
王青青, 王天文, 高安辉. 丝瓜种质资源与育种研究进展. 现代园艺, 2019(21): 33-35.
|
|
|
|
| [4] |
李大忠, 朱海生, 康玉妹, 温庆放, 李永平, 康建坂. 普通丝瓜新品种‘福研1号’选育. 亚热带植物科学, 2016, 45(1): 87-89.
|
|
|
|
| [5] |
林奕韩, 陈捷凯, 林爱惜. 丝瓜新品种双丰1号肉丝瓜的选育. 广东农业科学, 2010, 37(7): 46-47.
|
|
|
|
| [6] |
王安乐, 朱海泉, 邓稳桥, 张望隆. 丝瓜新品种早优3号的选育. 中国蔬菜, 2007(11): 27-28.
|
|
|
|
| [7] |
高军, 徐海, 苏小俊, 袁希汉. 普通丝瓜果长遗传规律分析. 江苏农业科学, 2007, 35(5): 123-125.
|
|
|
|
| [8] |
林明宝, 林师森. 有棱丝瓜果长遗传效应的初步研究. 华南农业大学学报, 2000, 21(2): 8-9, 24.
|
|
|
|
| [9] |
苏小俊, 徐海, 高军, 郑子松, 宋波, 陈龙正, 袁希汉, 陈劲枫. 普通丝瓜果实性状的遗传分析. 江苏农业学报, 2009, 25(5)1112-1118.
|
|
|
|
| [10] |
崔竣杰, 程蛟文, 谭澍, 李卫鹏, 汪国平, 胡开林. 丝瓜果长及果柄长的遗传规律分析. 广东农业科学, 2014, 41(8): 52-56.
|
|
|
|
| [11] |
崔竣杰, 吕振, 杨天文, 王静, 洪宇, 曹毅. 丝瓜高密度bin标记遗传图谱构建与果长QTL定位. 浙江农业学报, 2023, 35(3): 590-597.
doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2023.03.12 |
|
|
|
| [12] |
曾美娟, 刘建汀, 李祖亮, 陈敏氡, 叶新如, 王彬, 朱海生, 温庆放. 普通丝瓜GH3基因家族全基因组鉴定及表达分析. 江苏农业科学, 2022, 50(18): 82-87.
|
|
|
|
| [13] |
曾美娟, 陈敏氡, 刘建汀, 叶新如, 王彬, 林锦辉, 朱海生, 温庆放. 普通丝瓜LcSUN1基因的克隆及表达分析. 中国细胞生物学学报, 2022, 44(6): 1031-1038.
|
|
|
|
| [14] |
pmid: 16646834 |
| [15] |
冯贵芝. 基于时空转录组的脐橙果实发育和成熟调控机理的研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2021.
|
|
|
|
| [16] |
李情. 黄瓜果实早期发育中基因的时空表达与调控[D]. 北京: 中国农业科学院, 2019.
|
|
|
|
| [17] |
孙蕾. 西瓜中心果肉硬度主效QTL及候选基因分析[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2021.
|
|
|
|
| [18] |
doi: 10.1038/nprot.2012.016 pmid: 22383036 |
| [19] |
doi: 10.1186/1471-2105-9-559 pmid: 19114008 |
| [20] |
马娟, 曹言勇, 王利锋, 李晶晶, 王浩, 范艳萍, 李会勇. 利用WGCNA鉴定玉米株高和穗位高基因共表达模块. 作物学报, 2020, 46(3): 385-394.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2020.93021 |
|
doi: 10.3724/SP.J.1006.2020.93021 |
|
| [21] |
周雨青, 杨永飞, 葛常伟, 沈倩, 张思平, 刘绍东, 马慧娟, 陈静, 刘瑞华, 李士丛, 赵新华, 李存东, 庞朝友. 基于WGCNA的棉花子叶抗冷相关共表达模块鉴定. 中国农业科技导报, 2022, 24(4): 52-62.
doi: 10.13304/j.nykjdb.2020.0783 |
|
doi: 10.13304/j.nykjdb.2020.0783 |
|
| [22] |
王泽涵, 于文涛, 王鹏杰, 刘财国, 樊晓静, 谷梦雅, 蔡春平, 王攀, 叶乃兴. 茶树秃房与茸房种质花器官差异表达基因的WGCNA分析. 园艺学报, 2023, 50(3): 620-634.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-1189 |
|
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-1189 |
|
| [23] |
郭永春, 王鹏杰, 金珊, 侯炳豪, 王淑燕, 赵峰, 叶乃兴. 基于WGCNA鉴定茶树响应草甘膦相关的基因共表达模块. 中国农业科学, 2022, 55(1): 152-166. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.013.
|
|
|
|
| [24] |
doi: 10.1186/1471-2105-7-191 |
| [25] |
荐红举, 张梅花, 尚丽娜, 王季春, 胡柏耿,
doi: 10.3724/SP.J.1006.2022.14115 |
|
|
|
| [26] |
朱海生, 陈敏氡, 温庆放, 蓝新隆, 李永平, 王彬, 张前荣, 吴卫东. 丝瓜18S rRNA基因克隆及其作为内参基因的应用. 核农学报, 2016, 30(1): 35-41.
doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2016.01.0035 |
|
|
|
| [27] |
doi: 10.1006/meth.2001.1262 |
| [28] |
施一公. 剪接体的结构与分子机理研究. 科学通报, 2020, 65(27): 2952-2953.
|
|
|
|
| [29] |
doi: 10.1038/nature20789 |
| [30] |
doi: 10.7554/eLife.75945 |
| [31] |
于明革, 杨洪强, 翟衡. 植物木质素及其生理学功能. 山东农业大学学报(自然科学版), 2003, 34(1): 124-128.
|
|
|
|
| [32] |
肖玫, 赵旭琴, 许迎科, 李汉兵. 磷脂酰肌醇信号在GLUT4囊泡转运中的调控作用. 中国细胞生物学学报, 2018, 40(1): 139-145.
|
|
|
|
| [33] |
张载励, 丁晨, 王爽, 梁明朗, 李涛, 苏来曼·买买提, 胡康棣. 番茄、拟南芥和葡萄中同型半胱氨酸S-甲基转移酶基因家族功能研究. 现代农业科技, 2023(3): 66-71.
|
|
|
|
| [34] |
何乐平, 张蕾. 植物钙依赖性蛋白激酶及其相关蛋白激酶(CDPKs/CRKs)的研究进展. 安徽农业科学, 2020, 48(18): 26-30, 51.
|
|
|
|
| [35] |
贾鑫磊, 何贝轩, 郭丹丹, 郭美丽. 膨胀素和木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶基因的功能研究进展. 植物生理学报, 2018, 54(11): 1659-1668.
|
|
|
|
| [36] |
王楠, 吕香玲, 李亮, 吴金凤, 尚佳微, 郝转芳, 李凤海. 植物肌动蛋白解聚因子ADF的研究进展. 西北植物学报, 2015, 35(11): 2349-2354.
|
|
|
|
| [37] |
樊芳菲, 杨暹, 康云艳, 柴喜荣, 蒙林平. 植物DnaJ蛋白的研究进展. 分子植物育种, 2018, 16(6): 2028-2034.
|
|
|
|
| [38] |
doi: 10.1093/jxb/ert150 |
| [39] |
|
| [40] |
王依依. 杨树、葡萄、拟南芥和水稻WRKY Ⅲ基因家族比较及表达分析[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2016.
|
|
|
|
| [41] |
|
|
|
|
| [42] |
王华容. 番茄热激转录因子SlHSFC1过表达导致转基因植株矮化的机理研究[D]. 重庆: 西南大学, 2023.
|
|
|
|
| [43] |
doi: 10.1111/nph.v233.1 |
| [44] |
doi: 10.3389/fpls.2022.997778 |
| [45] |
doi: 10.7717/peerj.13902 |
| [46] |
晏巢, 姚小华, 殷恒福, 王开良, 尹润富, 滕建华. 油茶果实生长发育动态和木质素积累规律. 江西农业大学学报, 2020, 42(4): 788-801.
|
|
|
|
| [47] |
朱海英, 李人圭, 王隆华, 黄祥辉, 颜季琼. 丝瓜果实发育中木质素代谢及有关导管分化的生理生化研究. 华东师范大学学报(自然科学版), 1997(1): 87-94.
|
|
|
|
| [48] |
陈敏氡, 王彬, 朱海生, 李永平, 刘建汀, 温庆放. 丝瓜果实发育过程的蛋白质差异表达分析. 中国细胞生物学学报, 2018, 40(11): 1806-1818.
|
|
|
|
| [49] |
彭佳伟, 张叶, 寇单单, 杨丽, 刘晓飞, 张学英, 陈海江, 田义. ‘仓方早生’桃及其早熟芽变不同发育时期果实的转录组分析. 中国农业科学, 2023, 56(5): 964-980. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.05.012.
|
|
|
|
| [50] |
杜丽萍, 沈昕, 陈少良, 胡赞民. 细胞壁重构关键酶木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)的研究进展. 农业生物技术学报, 2010, 18(3): 604-609.
|
|
|
|
| [51] |
傅丰庆. 黄瓜果实发育调控的分子机理研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2008.
|
|
|
|
| [52] |
doi: 10.3389/fpls.2015.00323 pmid: 26029225 |
| [53] |
doi: 10.1371/journal.pone.0123668 |
| [54] |
doi: 10.3390/ijms222212331 |
| [55] |
doi: 10.1007/s00425-014-2160-9 pmid: 25236969 |
| [56] |
彭世清, 黄冬芬. 拟南芥肌动蛋白解聚因子4基因(AtADF4)在烟草中表达引起植株形态变化. 植物生理与分子生物学学报, 2006, 32(1): 52-56.
|
|
|
|
| [57] |
陈义勇. 不同发育时期杨梅果肉差异表达蛋白及其功能研究[D]. 福州: 福建农林大学, 2014.
|
|
|
|
| [58] |
doi: 10.1007/s11240-016-0994-5 |
| [59] |
郝西, 理向阳, 腊贵晓, 代丹丹, 杨铁钢. 黄瓜扩展蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析. 分子植物育种, 2015, 13(10): 2280-2289.
|
|
|
|
| [60] |
刘昌. 甜瓜扩展蛋白基因家族成员的鉴定及CmEXPA8和CmEXPA12基因在果实发育中功能的初步分析[D]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2018.
|
|
|
|
| [61] |
张安, 曹清河, 周志林, 赵冬兰, 李昂, 李元元, 唐君. 植物细胞壁松弛因子: Expansin研究进展. 江苏农业科学, 2013, 41(6): 11-13.
|
|
|
|
| [62] |
doi: 10.1093/jxb/ert269 pmid: 24023249 |
| [63] |
doi: 10.1186/s12870-021-02988-6 |
| [64] |
李艳艳, 齐艳华. 植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展. 植物学报, 2022, 57(1): 30-41.
doi: 10.11983/CBB21168 |
|
|
|
| [65] |
袁静贤. 生长素相关转录因子家族基因在西瓜果实膨大过程中的调控作用分析[D]. 武汉: 华中农业大学, 2015.
|
|
|
|
| [66] |
于越, 陈海燕, 周龙, 郭冬雪, 宫思宇, 郝宁, 杜亚琳, 武涛. 黄瓜果实发育相关基因CsIAA29的克隆与表达分析. 华北农学报, 2020, 35(S1): 11-17.
doi: 10.7668/hbnxb.20190916 |
|
|
|
| [67] |
doi: 10.3390/ijms232214021 |
| [1] | 王忠妮, 雷月, 李佳丽, 宫彦龙, 朱速松. ABC转运蛋白OsARG1调控水稻抽穗期的功能[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 1-16. |
| [2] | 王思琪, 邹利人, 白瑞雯, 闫可, 王思洋, 齐晓光, 申海林, 温景辉. 赤霉素调控‘蜜汁’葡萄穗轴硬化关键基因的挖掘[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 179-189. |
| [3] | 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. |
| [4] | 王继英, 李菁璇, 王彦平, 郭建凤, 蔺海朝, 赵雪艳. 通过加权基因共表达网络分析揭示影响猪脂肪沉积的候选基因[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1845-1855. |
| [5] | 邹晓威, 夏蕾, 朱晓敏, 孙辉, 周琦, 齐霁, 张亚封, 郑岩, 姜兆远. 基于转录组测序的玉米瘤黑粉菌UM01240过表达菌株诱导玉米抗病性分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1116-1130. |
| [6] | 孙萍, 朱文灿, 林贤锐, 吴嘉颀, 曹译文, 陈辰斐, 王轶, 朱建锡, 贾惠娟, 钱敏杰, 沈建生. 基于代谢组和转录组解析多雨寡照对桃果皮着色和类黄酮积累的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1173-1194. |
| [7] | 谢露露, 李福, 张思远, 高建昌. 基于跨物种转录组解析影响不定根发生的保守基因[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1195-1209. |
| [8] | 高岩浩, 王婷婷, 白卫卫, 杜兴杰, 刘贤, 秦本源, 付彤, 孙宇, 高腾云, 张天留. 脂质组与转录组联合揭示南阳牛不同肌肉组织脂质特征的差异表达模式[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1239-1258. |
| [9] | 王凡, 刘陈玮, 陆红臣, 徐仁超, 卞晓春. 蚕豆响应交链格孢侵染的转录组分析及VfPR4的抗病功能验证[J]. 中国农业科学, 2025, 58(22): 4656-4672. |
| [10] | 穆赢通, 路景诗, 张雨桐, 石凤翎. 基于转录组和WGCNA的直立型花苜蓿抗旱关键基因识别[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4528-4543. |
| [11] | 潘媛, 王德, 刘楠, 孟祥龙, 戴蓬博, 李波, 胡同乐, 王树桐, 曹克强, 王亚南. 两种高通量测序技术鉴定苹果病毒效果评价及两种新病毒的鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(2): 266-280. |
| [12] | 林彦, 郑玲玲, 田嘉, 温玥, 陈晨, 王磊. 基于转录组和蛋白质组揭示库尔勒香梨萼片脱落的分子机制[J]. 中国农业科学, 2025, 58(18): 3744-3765. |
| [13] | 董雪, 陈梦秋, 邵晋, 吴学友, 唐培安. 基于WGCNA的稻谷储藏期间差异基因挖掘与品质调控网络构建[J]. 中国农业科学, 2025, 58(14): 2885-2903. |
| [14] | 曹言勇, 程泽强, 马娟, 杨文博, 朱卫红, 孙新艳, 李慧敏, 夏来坤, 段灿星. 整合转录组和代谢组学分析揭示玉米对层出镰孢茎腐病的响应机制[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 75-90. |
| [15] | 戚仁洁, 宁宇, 刘静, 刘之洋, 徐海, 罗志丹, 陈龙正. 基于转录组测序的苦瓜皂苷合成相关基因的鉴定和分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1779-1793. |
|
||