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曹杰1,2(), 谷勇哲2, 洪慧龙2, 吴海涛2, 张霞2, 孙建强3, 包立高4, 邱丽娟1,2()
收稿日期:
2023-03-03
接受日期:
2023-04-23
出版日期:
2023-07-16
发布日期:
2023-07-21
通信作者:
联系方式:
曹杰,E-mail:cj291@qq.com。
基金资助:
CAO Jie1,2(), GU YongZhe2, HONG HuiLong2, WU HaiTao2, ZHANG Xia2, SUN JianQiang3, BAO LiGao4, QIU LiJuan1,2()
Received:
2023-03-03
Accepted:
2023-04-23
Published:
2023-07-16
Online:
2023-07-21
摘要:
【目的】揭示种子发育过程中种皮花青素(anthocyanin)的含量变化以及导致泰兴矮脚红(TXAJH)红色种皮的主要花青素成分;定位控制花青素合成积累的关键基因,为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础。【方法】利用超高效液相色谱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-ESI-MS/MS)检测黄色种皮大豆绥农14(SN14)和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量,分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分;利用SN14和TXAJH杂交构建的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体进行分离群体分组混合分析(bulked segregant analysis,BSA),初步定位红色种皮相关基因的候选区域,在此基础上,结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因;最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况。【结果】检测SN14和TXAJH 4个发育阶段的种皮,共发现12种花青素。在成分上,总花青素的聚类分析表明,TXAJH与SN14之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异。在含量上,种子发育过程中,SN14种皮花青素的含量逐渐下降,而TXAJH种皮的含量迅速升高并保持稳定,种皮显色后,二者的花青素含量呈现极显著差异,在成熟阶段,TXAJH种皮花青素的含量是SN14的200倍以上。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,Cy-3-glu)、芍药花素-3-O-葡萄糖苷(Peonidin-3-O-glucoside,Pn-3-glu)和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷(Petunidin-3-O-glucoside,Pt-3-glu)是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因。BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第8染色体上,长度为8.66 Mb。利用27个多态性标记进行连锁分析得到10种单倍型,最终将候选区间缩小至702 kb。该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共37个,其中,Glyma.08g059900编码MYB转录因子,Glyma.08g061300和Glyma.08g063900编码bHLH转录因子,它们可能参与花青素的生物合成调控;Glyma.08g062000编码花青素还原酶1,可以将花青素转化为原花青素(proanthocyanidin,PA)。基因表达分析结果表明,候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14与TXAJH中的表达模式相似,均为前者低于后者。种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性。【结论】SN14与TXAJH的种皮花青素组成存在差异,TXAJH红色种皮呈现红色可能是Cy-3-glu、Pn-3-glu和Pt-3-glu积累的结果。预测Glyma.08g059900、Glyma.08g061300、Glyma.08g062000和Glyma.08g063900为红色种皮候选基因,其中Glyma.08g059900、Glyma.08g061300和Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用。
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表3
不同关联分析方法得到的共同候选区域"
关联分析类型 Type of correlation analysis | 候选区域位置 Location of candidate areas (bp) | 区域长度 Size of area (Mb) | 基因总数 Gene number |
---|---|---|---|
SNP-ED | Chr.08: 3500000-12530000 | 9.03 | 1174 |
SNP-index | Chr.06: 32790000-32800000 | 0.01 | 1 |
Chr.06: 32940000-33020000 | 0.08 | 2 | |
Chr.08: 3530000-12280000 | 8.75 | 1138 | |
SNP分析结果的交集 Intersection of the results of SNP analyses | Chr.08: 3530000-12280000 | 8.75 | 1138 |
InDel-ED | Chr.08: 3290000-12530000 | 9.24 | 1201 |
InDel-index | Chr.08: 3510000-12190000 | 8.68 | 1132 |
InDel分析结果的交集 Intersection of the results of InDel analyses | Chr.08: 3510000-12190000 | 8.68 | 1132 |
所有关联分析结果的交集 Intersection of all correlation analysis results | Chr.08: 3530000-12190000 | 8.66 | 1127 |
表4
候选区间基因及功能注释"
基因编号 Gene ID | 位置 Location (bp) | 功能注释 Function |
---|---|---|
Glyma.08g058100 | Chr.08: 4460549-4465659 | 单链核糖核酸内切酶Single-stranded-nucleate endonuclease |
Glyma.08g059300 | Chr.08: 4530151-4536884 | 吡啶核苷酸-二硫化物氧化还原酶Pyridine nucleotide-disulphide oxidoreductase |
Glyma.08g059800 | Chr.08: 4601723-4608768 | 囊泡相关蛋白Vesicle-associated protein |
Glyma.08g059900 | Chr.08: 4616457-4618234 | MYB转录因子MYB transcription factor |
Glyma.08g060400 | Chr.08: 4648226-4658991 | PLAC8蛋白家族PLAC8 family |
Glyma.08g060500 | Chr.08: 4664282-4669458 | 酪氨酸蛋白激酶Tyrosine protein kinase |
Glyma.08g060600 | Chr.08: 4673233-4676958 | 含五肽重复的蛋白质Proteins containing pentapeptide repeats |
Glyma.08g060800 | Chr.08: 4681172-4690671 | 苏氨酸激酶Threonine kinase |
Glyma.08g060900 | Chr.08: 4691761-4694059 | 苏氨酸蛋白激酶Threonine-protein kinase |
Glyma.08g061000 | Chr.08: 4694260-4698526 | 酪氨酸蛋白激酶Tyrosine protein kinase |
Glyma.08g061100 | Chr.08: 4708531-4710950 | 含U-BOX结构域的蛋白质8 U-box domain-containing protein 8 |
Glyma.08g061200 | Chr.08: 4718616-4721895 | NAD(P)H脱氢酶NAD(P)H dehydrogenase |
Glyma.08g061300 | Chr.08: 4731510-4735504 | bHLH转录因子bHLH transcription factor |
Glyma.08g061500 | Chr.08: 4745228-4747004 | PPR重复系列PPR repeat |
Glyma.08g061600 | Chr.08: 4751073-4754299 | 橙花醇合酶Nerolidol synthase |
Glyma.08g062000 | Chr.08: 4783724-4786913 | 花青素还原酶1 Anthocyanidin reductase 1 |
Glyma.08g062400 | Chr.08: 4805184-4806757 | -- |
Glyma.08g062500 | Chr.08: 4809724-4816932 | 驱动蛋白Kinesin |
Glyma.08g062600 | Chr.08: 4817430-4821371 | 安全家族蛋白Safe family protein |
Glyma.08g062700 | Chr.08: 4829862-4832511 | 酪氨酸蛋白激酶Tyrosine protein kinase |
Glyma.08g062800 | Chr.08: 4833755-4836533 | 苏氨酸蛋白激酶Threonine-protein kinase |
Glyma.08g062900 | Chr.08: 4837205-4840140 | 酪氨酸蛋白激酶Tyrosine protein kinase |
Glyma.08g063200 | Chr.08: 4848292-4850826 | 蛋氨酸转氨酶Methionine transaminase |
Glyma.08g063300 | Chr.08: 4851595-4856852 | 蛋氨酸转氨酶Methionine transaminase |
Glyma.08g063600 | Chr.08: 4883287-4887296 | MuDR家族转座酶MuDR family transposase |
Glyma.08g063700 | Chr.08: 4888519-4892619 | 角鲨烯单加氧酶Squalene monooxygenase |
Glyma.08g063800 | Chr.08: 4897354-4900790 | L-苹果酸脱氢酶L-Malate dehydrogenase |
Glyma.08g063900 | Chr.08: 4905921-4906926 | bHLH转录因子bHLH transcription factor |
Glyma.08g064000 | Chr.08: 4910549-4911502 | -- |
Glyma.08g064200 | Chr.08: 4915590-4916430 | -- |
Glyma.08g064300 | Chr.08: 4917314-4927545 | 蛋白质S-酰基转移酶Protein S-acyltransferase |
Glyma.08g064400 | Chr.08: 4927906-4929447 | -- |
Glyma.08g064500 | Chr.08: 4932437-4940287 | 鞘脂转运蛋白同源物Sphingolipid transporter spinster homolog |
Glyma.08g064600 | Chr.08: 4943335-4953605 | K+ 外向逆流转运蛋白K+ efflux antiporter |
Glyma.08g064700 | Chr.08: 4956340-4959142 | 鸟氨酸环脱氨酶相关Ornithine cyclodeaminase-related |
Glyma.08g064800 | Chr.08: 4963573-4966706 | 蛋白质毛状体双折射Protein trichome birefringence-like |
Glyma.08g065000 | Chr.08: 4977696-4979377 | PB1域PB1 domain |
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