





中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (8): 1575-1591.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.08.012
收稿日期:2023-09-18
接受日期:2023-12-15
出版日期:2024-04-16
发布日期:2024-04-24
通信作者:
联系方式:
林蔚,E-mail:Linw102@163.com
基金资助:
LIN Wei(
), WU ShuiJin, LI YueSen
Received:2023-09-18
Accepted:2023-12-15
Published:2024-04-16
Online:2024-04-24
摘要:
【目的】低温是导致香蕉减产的主要自然灾害之一。基于转录组与蛋白质组关联分析参与香蕉抗寒的相关基因、蛋白及信号、代谢通路调控网络,探讨香蕉抗寒的分子机制。【方法】以巴西蕉为试材,在7 ℃低温下处理1 d(Cold1)和3 d(Cold3),以28 ℃培养的巴西蕉为对照(CK),基于笔者课题组前期获得的蛋白质组数据,利用转录组测序技术检测巴西蕉在低温胁迫下基因调控网络的变化,同时与蛋白质组学数据进行关联分析,共同解析巴西蕉响应低温胁迫的分子机制。【结果】转录组分析结果显示,Cold1 vs CK、Cold3 vs CK和Cold1 vs Cold3三个对比组分别鉴定出11 370、15 460和9 619个差异表达基因,对这些基因的KEGG富集分析发现,差异表达基因在光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等多个低温胁迫关键信号代谢通路中富集。对部分差异表达基因进行实时荧光定量(qRT-PCR)分析,其中DREB、MAPK和MYB等低温调控关键基因的表达量在低温处理后显著上升,所选20个基因的表达变化趋势与RNA-seq基本相符,证实了RNA-seq的准确性。转录组与蛋白质组关联分析结果显示,共鉴定到6 211个与转录本相对应的蛋白,转录组与蛋白质呈现正相关关系,共有105个转录本及其对应的蛋白表达量共同上调,有218个转录本及其对应的蛋白表达量共同下调。GO富集分析显示,差异表达基因和蛋白在光响应、叶绿体、氧化还原酶活性等功能大量富集。此外,对差异表达基因和蛋白KEGG通路的关联分析发现,低温处理抑制了苯丙素生物合成和光合作用信号途径相关基因及蛋白的表达,促进了α-亚麻酸代谢和谷胱甘肽途径的表达。【结论】运用转录组结合蛋白质组学技术绘制了基因和蛋白质水平上的香蕉抗寒调控网络,并发现香蕉响应低温的信号通路主要涉及光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等途径。
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表1
qRT-PCR引物序列信息"
| 基因名称(基因ID) Gene name (Gene ID) | 引物序列 Primers sequence (5′-3′) | |
|---|---|---|
| 正向 Forward | 反向 Reverse | |
| MaMYB (LOC103972162) | CTGCCCTTTCGTCTGTCTTC | CAGTTCTCGGCAGGAGGTAG |
| MaDREB (LOC103990508) | GACAGAGAGCTCAGCACACG | AGCATCGACATCATCCCAAT |
| MaWRKY45 (LOC108952331) | AGTGGGTCAGAGCCTTGAGA | TGCACTCCGTCGTAAGTGAC |
| MaMYBP (LOC103998926) | GCTCATCATCAAGCTCCACA | CTCGAAATGGGTGGCTGTAT |
| MaWRKY33 (LOC103989687) | CGGGTTGTCTTCCATGAGAT | CCTCCAGTTGTATCCGTCGT |
| MaMYC (LOC103985317) | TCTCCATGACCCAGTCCTTC | GAAGAGGACGCTGATCTTGC |
| MaCPK29 (LOC103995457) | GCAATTCAGAGCGATGAACA | CCAGCCTTCTCAGTCCAGTC |
| MaMAPK5 (LOC103996929) | AACCCGAGCTTGGATTTCTT | AGAAAGGGTCCATGCAAGTG |
| MaWRKY24 (LOC103989687) | CGGGTTGTCTTCCATGAGAT | CCTCCAGTTGTATCCGTCGT |
| MaGST U17 (LOC103994768) | TGGTTTGACAGCCACCATTA | CACTTCCGCCATCTCTTCTC |
| MaGST F12 (LOC103981216) | CAACAAGGTCCTGGAGGTGT | TTGACGTGCTTCTTGTCGTC |
| MaGST F10 (LOC103982403) | TGGTCGAACAGAGCATGAAG | TCCCACCACCTGTACACCTT |
| MaGST zeta (LOC103995971) | TCGGCTCGAGTATTCAACCT | TTTGGAAGCGCACTAATCCT |
| MaGST T1 (LOC103973270) | TTTCGAGGAGGTGAGGATTG | GATACCAATGGTCCGGAATG |
| Ma14-3-3 (LOC103985456) | TGAGGATCATGTTTCCGTGA | GCCTCCTTCCTTTCATTTCC |
| MaMKK5 (LOC103981573) | GGATCAACACCGACCTCAAC | CAGATGGCCACCATGAGAC |
| MaCML49 (LOC103972901) | CCCAAAGGAAGGGAAGACTC | TGTTGCAGCTCCTTGTCATC |
| MaCML18 (LOC103994211) | GCTTTGAACGCGTCTTCTTC | GGTCAAGCAAGGAGACCTCA |
| MaCML31 (LOC104000196) | TGATTCTCGTCAATCCAACG | TTTGTCGTGCTGCTTATTGG |
| MaCML10 (LOC103995933) | TTCGTCGAACTCAACACCAG | GGTCATCATGGCCTTGAACT |
| MaACTIN (LOC103992883) | CGTAGCACCAGAAGAACA | CATAAAGGGAGAGGACAG |
表2
转录组测序数据质控分析"
| 样品名称 Sample name | 过滤后序列 Clean reads | 过滤后总数据量 Clean bases | 碱基错误率 Error rate (%) | Q20 (%) | Q30 (%) | GC (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CK1 | 55962510 | 8251833288 | 0.0266 | 97.39 | 92.72 | 54.51 |
| CK2 | 54693020 | 7946130178 | 0.0267 | 97.38 | 92.69 | 53.64 |
| CK3 | 46556340 | 6760589819 | 0.0273 | 97.16 | 92.15 | 53.30 |
| Cold1-1 | 43765858 | 6433985244 | 0.0268 | 97.34 | 92.49 | 50.46 |
| Cold1-2 | 49835534 | 7319445856 | 0.0275 | 97.07 | 91.89 | 50.12 |
| Cold1-3 | 45665780 | 6692564466 | 0.0272 | 97.21 | 92.18 | 50.38 |
| Cold3-1 | 43171118 | 6347773723 | 0.0275 | 97.07 | 91.9 | 50.69 |
| Cold3-2 | 47440180 | 6960515302 | 0.0276 | 97.04 | 91.83 | 50.43 |
| Cold3-3 | 43284622 | 6385904142 | 0.0276 | 97.06 | 91.86 | 50.56 |
表3
基因组对比结果"
| 样品名称 Sample | 过滤序列总数 Clean reads | 总比对(对比率) Totalmapped (Mapping ratio, %) | 多方比对(对比率) Multiple mapped (Mapping ratio, %) | 唯一比对(对比率) Uniquely mapped (Mapping ratio, %) |
|---|---|---|---|---|
| CK1 | 55962510 | 51136284 (91.38%) | 853090 (1.52%) | 50283194 (89.85%) |
| CK2 | 54693020 | 49654543 (90.79%) | 792871 (1.45%) | 48861672 (89.34%) |
| CK3 | 46556340 | 42271280 (90.8%) | 647597 (1.39%) | 41623683 (89.4%) |
| Cold1-1 | 43765858 | 38887517 (88.85%) | 553404 (1.26%) | 38334113 (87.59%) |
| Cold1-2 | 49835534 | 44029762 (88.35%) | 605472 (1.21%) | 43424290 (87.14%) |
| Cold1-3 | 45665780 | 40473620 (88.63%) | 548796 (1.2%) | 39924824 (87.43%) |
| Cold3-1 | 43171118 | 38239493 (88.58%) | 596851 (1.38%) | 37642642 (87.19%) |
| Cold3-2 | 47440180 | 42055866 (88.65%) | 728177 (1.53%) | 41327689 (87.12%) |
| Cold3-3 | 43284622 | 38397112 (88.71%) | 702198 (1.62%) | 37694914 (87.09%) |
表4
差异表达基因的COG注释分类情况"
| 功能分类 Functional classification | Unigene数量 Unigene number | ||
|---|---|---|---|
| Cold1/CK | Cold3/CK | Cold1/Cold3 | |
| RNA加工和修饰 RNA processing and modification | 29 | 58 | 25 |
| 染色质结构与动力学 Chromatin structure and dynamics | 74 | 98 | 53 |
| 能源生产和转换 Energy production and conversion | 185 | 250 | 164 |
| 细胞周期控制、细胞分裂 Cell cycle control, cell division | 118 | 154 | 89 |
| 氨基酸运输和代谢 Amino acid transport and metabolisS | 255 | 385 | 251 |
| 核苷酸运输和代谢 Nucleotide transport and metabolism | 63 | 87 | 59 |
| 碳水化合物运输和代谢 Carbohydrate transport and metabolism | 505 | 604 | 413 |
| 辅酶转运与代谢 Coenzyme transport and metabolism | 85 | 123 | 74 |
| 脂质运输和代谢 Lipid transport and metabolism | 195 | 275 | 179 |
| 核糖体结构与生物发生 Ribosomal structure and biogenesis | 240 | 417 | 242 |
| 转录 Transcription | 1093 | 1396 | 898 |
| 复制、重组和修复 Replication, recombination and repair | 136 | 228 | 145 |
| 细胞壁、膜、包膜生物发生 Cell wall, membrane,envelope biogenesis | 168 | 224 | 148 |
| 细胞运动 Cell motility | 5 | 5 | 5 |
| 翻译后修饰 Posttranslational modification | 763 | 1176 | 760 |
| 无机离子运输和代谢 Inorganic ion transport and metabolism | 176 | 250 | 165 |
| 次生代谢产物生物合成 Secondary metabolites biosynthesis | 166 | 235 | 169 |
| 信号传导机制 Signal transduction mechanisms | 784 | 1107 | 673 |
| 胞内运输 Intracellular trafficking | 338 | 522 | 315 |
| 防御机制 Defense mechanisms | 80 | 99 | 72 |
| 核结构 Nuclear structure | 0 | 2 | 1 |
| 细胞骨架 Cytoskeleton | 133 | 173 | 98 |
表5
部分差异表达Unigene的代谢通路"
| 代谢通路 Pathway | 代谢通路编号 Pathway ID | Unigene数目Unigene number | |
|---|---|---|---|
| Cold1/CK | Cold3/CK | ||
| 氨基酸代谢 Amino acid metabolism | map00310 | 19 | 21 |
| map00380 | 30 | 35 | |
| map00260 | 37 | 42 | |
| map00270 | 67 | 88 | |
| map00360 | 16 | 25 | |
| map00280 | 16 | 22 | |
| 脂质代谢 Lipid metabolism | map00071 | 12 | 26 |
| map00061 | 17 | 24 | |
| map00073 | 17 | 13 | |
| map00062 | 26 | 24 | |
| map00564 | 51 | 83 | |
| map00561 | 42 | 75 | |
| map00600 | 17 | 37 | |
| map00591 | 16 | 12 | |
| map00592 | 29 | 35 | |
| 苯丙素生物合成 Phenylpropanoid biosynthesis | map00940 | 100 | 116 |
| α-亚麻酸代谢 α-Linolenic acid metabolism | map00592 | 29 | 35 |
| 辅因子和维生素的代谢 Metabolism of cofactors and vitamins | map00790 | 12 | 15 |
| map00860 | 30 | 39 | |
| map00760 | 12 | 17 | |
| 其他次生代谢产物的生物合成 Biosynthesis of other secondary metabolites | map00960 | 11 | 20 |
| map00941 | 22 | 36 | |
| map00940 | 100 | 116 | |
| map00945 | 11 | 20 | |
| 类胡萝卜素生物合成 Carotenoid biosynthesis | map00906 | 16 | 23 |
| 碳水化合物代谢 Carbohydrate metabolism | map00040 | 34 | 43 |
| map00051 | 42 | 62 | |
| map00053 | 38 | 45 | |
| map00052 | 27 | 36 | |
| 光合作用信号途径 Photosynthetic signaling pathway | map00719 | 51 | 60 |
| 能量代谢 Energy metabolism | map00196 | 29 | 26 |
| map00710 | 51 | 60 | |
| map00910 | 19 | 22 | |
| 半乳糖代谢 Galactose metabolism | map00052 | 27 | 36 |
| 谷胱甘肽代谢 Glutathione metabolism | map00480 | 40 | 64 |
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