中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (14): 2885-2903.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.14.013
收稿日期:
2024-11-06
接受日期:
2025-04-21
出版日期:
2025-07-17
发布日期:
2025-07-17
通信作者:
联系方式:
董雪,E-mail:xue_dong1990@126.com。
基金资助:
DONG Xue(), CHEN MengQiu, SHAO Jin, WU XueYou, TANG PeiAn*(
)
Received:
2024-11-06
Accepted:
2025-04-21
Published:
2025-07-17
Online:
2025-07-17
摘要:
【背景】稻谷在长期储藏过程中经历复杂的生理和生化变化,这些变化不仅影响其储藏稳定性,还直接决定其最终的品质。储藏过程中,脂肪氧化、淀粉降解、蛋白质变化、膜稳态失衡及氧化胁迫等因素共同导致稻谷品质劣变。然而,稻谷储藏期间的分子机制尚不明确。【目的】本研究旨在通过WGCNA分析稻谷储藏期间的差异基因(DEGs),构建共表达网络,识别与稻谷储藏过程中品质变化密切相关的核心基因,并探讨其潜在调控机制,揭示稻谷储藏稳定性的关键分子基础。【方法】选取粳稻品种(南粳46号),分别在0、3、6、9和12个月的储藏时间点采样,并对样本进行转录组测序以获取基因表达数据。利用WGCNA分析筛选储藏期间差异较大的基因,构建加权基因共表达网络,并识别与储藏时间显著相关的特异性模块。基于网络连通性分析筛选核心基因,并结合富集分析、生理生化指标测定,以探索核心基因的功能。【结果】从基因表达谱中筛选出9 050个DEGs,其中8 654个基因在储藏不同阶段差异表达,396个为各储藏阶段共有的DEGs。WGCNA识别到17个基因共表达模块,进一步筛选出4个与稻谷储藏过程密切相关的特异性模块。网络连通性分析进一步挖掘出具有调控潜力的核心基因,包括参与脂质代谢的OsOLE4、OsCDAP3,维护细胞稳态的OsLEA32、OsAGP24、OsRHD3,乙烯信号通路调控基因OsERF064,以及控制表观遗传的OsEMF2a以及缺乏功能注释的5个候选基因。【结论】本研究基于转录组学和WGCNA技术,系统解析了稻谷储藏过程中的分子调控网络,表明稻谷通过多层次基因调控机制适应储藏环境。特定模块中的核心基因在抗氧化、营养代谢、膜稳态和细胞功能维持等方面发挥关键作用。
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.
DONG Xue, CHEN MengQiu, SHAO Jin, WU XueYou, TANG PeiAn. Construction of a Differential Gene Expression and Quality Regulation Network in Stored Rice Grain Using WGCNA[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(14): 2885-2903.
表1
核心基因引物"
基因 Genes | 基因ID Gene ID | 引物序列 Primer sequences(5′-3′) | 产物大小 Amplicon size (bp) |
---|---|---|---|
EF-la | Os03g0177400 | F: AGACCACCAAGTACTACTGCAC | 540 |
R: CCACCAATCTTGTACACATCC | |||
Actin | Os04g0177600 | F: AGACTACATACAACTCCATCAT | 80 |
R: CACCACTGAGAACGATGT | |||
OsEMF2a | Os04g0162100 | F: ACTGCGTATTGTAAGGCTAA | 268 |
R: CCGATGGCTATTATCAACTTC | |||
- | Os12g0467200 | F: ATGATGGTGAGGACGATTG | 144 |
R: AGAAGATGTTGGAAGAAGCA | |||
LGD1 | Os09g0502100 | F: GATGCCTCAGTGAACAATAG | 238 |
R: TAGTGCCTTCGGTCTCTT | |||
- | Os02g0618250 | F: GAATCTCCTCTCGGTGTTC | 134 |
R: TACTTTGGTGCTGGCTTT | |||
- | Os01g0212700 | F: ACGGTGAGAAGCCAAGAA | 144 |
R: GGTAGACGAGGAAGGAGAG | |||
- | Os01g0342800 | F: GAGAACTTCGTCAACTACC | 105 |
R: GATCGAGTACTTGGAGAGG | |||
OsCDAP3 | Os07g0162900 | F: CGTCTCGTCTCGTCTCAT | 135 |
R: GGCGATGGATGGATGGAT | |||
- | Os06g0563300 | F: ATGAGGCGTCAGATTGTAA | 178 |
R: CAGCACATGCGATAGAATT | |||
OsLTP1.4 | Os05g0477900 | F: TGTTGGTTCTGGACTTCTG | 170 |
R: GATCGGACAAGCACACTT | |||
OsC3H27 | Os04g0394300 | F: CCACAGCCATCTTCTTCC | 152 |
R: TTGGTGTCAGGAGGTAATG | |||
OsS40-6 | Os04g0413900 | F: CCAGATGGTAAGGCAACAA | 114 |
R: CTCACAGTAATATCACACTCAC | |||
OsLEA32 | Os03g0747500 | F: GACGAGGACAGGATCAAG | 115 |
R: ACACCATCCAAGGTTAGC |
表2
上下调差异基因的GO功能富集通路相关基因功能注释"
分类 Category | 类型 Term type | GO ID GO编号 | 描述 Description | 基因ID Gene ID | 基因名 Gene name | 功能注释 Gene description | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
上调 Up-regulate | MF | GO: 0003700 | DNA 结合转录因子的活性 DNA-binding transcription factor activity | Os03g0183300 | OsERF064 | 致病相关转录因子和含ERF结构域的蛋白质 Pathogenesis-related transcriptional factor and ERF domain containing protein | ||||
Os01g0313300 | OsERF068 | 类似EREBP-3蛋白(片段) Similar to EREBP-3 protein (Fragment) | ||||||||
Os01g0657400 | OsERF054 | 类似乙烯反应转录因子5(乙烯反应元件结合因子5) Similar to Ethylene-responsive transcription factor 5 (Ethylene-responsive element binding factor 5) | ||||||||
Os05g0497300 | OsERF074 | 类似乙烯反应因子2 Similar to Ethylene response factor 2 | ||||||||
下调 Down-regulate | MF | GO: 0140657 | ATP 依赖性活动 ATP-dependent activity | Os01g0533800 | OsGSL4 | 保守假定性蛋白质 Conserved hypothetical protein | ||||
Os06g0113150 | OsGSL1 | 与 GSL8(GLUCAN SYNTHASE-LIKE 8)相似;1,3-β-葡聚糖合成酶/转移酶,转移糖基 Similar to GSL8 (GLUCAN SYNTHASE-LIKE 8); 1,3-beta-glucan synthase/ transferase, transferring glycosyl groups | ||||||||
Os02g0832400 | OsGSL7 | 与Callose synthase 1催化亚基相似 Similar to Callose synthase 1 catalytic subunit | ||||||||
Os06g0728902 | OsGSL6 | 类似预测蛋白质 Similar to predicted protein | ||||||||
CC | GO: 0098797 | 质膜蛋白复合体 Plasma membrane protein complex | Os06g0158900 | OsABCC15 | 类似耐多药相关蛋白3 Similar to Multidrug-resistance associated protein 3 | |||||
Os06g0184700 | OsABCC12 | 保守假定性蛋白质 Hypothetical conserved gene | ||||||||
Os03g0859500 | OsABCG7 | 含ABC转运体类结构域的蛋白质 ABC transporter-like domain containing protein |
表3
特异性模块GO功能富集"
模块 Module | 基因数目 Gene number | GO编号 GO ID | 类型 Term type | 描述 Description | 富集因子 Rich factor | P校正值 P-adjust | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Brown | 5 | GO: 0008494 | MF | 翻译激活剂活性Translation activator activity | 0.556 | 1.10E-04 | |
5 | GO: 0097177 | MF | 线粒体核糖体结合Mitochondrial ribosome binding | 0.417 | 5.59E-04 | ||
5 | GO: 0062125 | BP | 线粒体基因表达调控 Tegulation of mitochondrial gene expression | 0.556 | 7.26E-04 | ||
5 | GO: 0070131 | BP | 线粒体翻译的正向调控 Positive regulation of mitochondrial translation | 0.556 | 7.26E-04 | ||
5 | GO: 0070129 | BP | 线粒体翻译的调控Tegulation of mitochondrial translation | 0.556 | 7.26E-04 | ||
16 | GO:0031974 | CC | 膜腔Membrane-enclosed lumen | 0.083 | 2.98E-03 | ||
Blue | 39 | GO: 0045735 | MF | 营养库活动Nutrient reservoir activity | 0.351 | 7.52E-28 | |
21 | GO: 0033095 | CC | 糊粉粒Aleurone grain | 0.600 | 1.09E-20 | ||
14 | GO: 0019865 | MF | 免疫球蛋白结合Immunoglobulin binding | 0.483 | 1.88E-11 | ||
14 | GO: 0019863 | MF | IgE 结合IgE binding | 0.483 | 1.88E-11 | ||
29 | GO: 0005773 | CC | 液胞Vacuole | 0.092 | 2.84E-05 | ||
30 | GO: 0044042 | BP | 葡聚糖代谢过程Glucan metabolic process | 0.091 | 6.51E-05 | ||
Black | 3 | GO: 0004865 | MF | 蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶抑制剂活性 Protein serine/threonine phosphatase inhibitor activity | 1.000 | 2.66E-04 | |
12 | GO: 0006869 | BP | 脂质运输Lipid transport | 0.067 | 1.23E-03 | ||
8 | GO: 0009873 | BP | 乙烯激活信号通路Ethylene-activated signaling pathway | 0.094 | 3.57E-03 | ||
7 | GO: 0043621 | MF | 蛋白质自我结合Protein self-association | 0.096 | 3.79E-03 | ||
4 | GO: 0012511 | CC | 单层环绕脂质贮存体 Monolayer-surrounded lipid storage body | 0.400 | 4.16E-03 | ||
4 | GO: 0019915 | BP | 脂质储存Lipid storage | 0.286 | 6.00E-03 | ||
Turquoise | 1281 | GO: 0005515 | MF | 蛋白结合Protein binding | 0.239 | 3.23E-53 | |
841 | GO: 0090304 | BP | 核酸代谢过程Nucleic acid metabolic process | 0.260 | 1.12E-46 | ||
2373 | GO: 0043226 | CC | 细胞器Organelle | 0.202 | 6.33E-43 | ||
2366 | GO: 0043229 | CC | 细胞内细胞器Intracellular organelle | 0.202 | 7.62E-43 | ||
2214 | GO: 0043227 | CC | 膜结合细胞器Membrane-bounded organelle | 0.204 | 7.62E-43 | ||
2207 | GO: 0043231 | CC | 细胞膜内细胞器Intracellular membrane-bounded organelle | 0.204 | 1.55E-42 |
表4
特异性模块KEGG功能富集"
模块 Module | 基因数 Number | 通路编号 Pathway ID | 描述 Description | 富集因子 Rich factor | P值 P value | P校正值 P-adjust | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Brown | 25 | map03010 | 核糖体Ribosome | 0.0568182 | 3.80E-06 | 0.0002773 | |||||
5 | map00790 | 叶酸的生物合成Folate biosynthesis | 0.1250000 | 0.0012465 | 0.0454974 | ||||||
Black | 12 | map04141 | 内质网中的蛋白质加工 Protein processing in endoplasmic reticulum | 0.0384615 | 5.04E-05 | 0.0028206 | |||||
Blue | 20 | map00500 | 淀粉和蔗糖代谢 Starch and sucrose metabolism | 0.0716846 | 6.45E-05 | 0.0056143 | |||||
Turquoise | 19 | map00563 | 糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚生物合成 Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchor biosynthesis | 0.5428571 | 1.64E-06 | 0.0001957 | |||||
28 | map03440 | 同源重组Homologous recombination | 0.3589744 | 0.0001526 | 0.0090771 | ||||||
43 | map03013 | 核细胞质运输Nucleocytoplasmic transport | 0.2885906 | 0.0009115 | 0.0180778 | ||||||
32 | map00562 | 肌醇磷酸盐代谢 Inositol phosphate metabolism | 0.3137255 | 0.0008698 | 0.0207011 |
[1] |
|
[2] |
张家秀. 浅谈我国优质稻米产业的现状及其发展. 粮食加工, 2008, 33(3): 49-50, 60.
|
|
|
[3] |
宋群, 韦柳利, 王增澔, 陈海鹏, 孙艳春. 粮食储藏环境对储粮害虫影响的研究进展. 中国农学通报, 2024, 40(11): 127-133.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0813 |
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0813 |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
周显青, 张玉荣, 赵秋红, 周展明, 卞科, 钟丽玉. 稻谷新陈度的研究(四): 稻谷储藏过程中挥发性物质的变化及其与新陈度的关系. 粮食与饲料工业, 2005(2): 1-3.
|
|
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1021/acs.jafc.7b03901 pmid: 28846395 |
[11] |
|
[12] |
许惠滨. 转反义LOX-3基因水稻的耐储藏分子机制研究[D]. 福州: 福建农林大学, 2013.
|
|
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2012.04989.x pmid: 22409537 |
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
doi: 10.1111/tpj.13018 pmid: 26387578 |
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2021.07.027 pmid: 34329842 |
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
|
[35] |
|
[36] |
|
[37] |
doi: S1674-2052(19)30163-7 pmid: 31077872 |
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
|
[43] |
|
[44] |
|
[45] |
doi: 10.1104/pp.19.00822 pmid: 31601645 |
[46] |
|
[47] |
doi: 10.1007/s11033-013-2795-9 pmid: 24057188 |
[48] |
|
[49] |
|
[50] |
|
[51] |
|
[52] |
|
[53] |
|
[54] |
|
[55] |
|
[56] |
|
[57] |
pmid: 1680013 |
[58] |
doi: 10.1038/ncomms13673 pmid: 27901028 |
[59] |
|
[60] |
|
[61] |
|
[62] |
|
[63] |
|
[64] |
|
[65] |
doi: 10.1007/s00412-013-0411-3 pmid: 23584157 |
[66] |
doi: 10.1042/BST20221093 pmid: 37975429 |
[67] |
pmid: 3024320 |
[68] |
|
[69] |
|
[70] |
|
[1] | 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. |
[2] | 潘丽媛, 王永军, 李海军, 侯富, 李菁, 李丽丽, 孙苏阳. 基于转录组和WGCNA筛选小麦籽粒蛋白质累积相关调控基因[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1065-1082. |
[3] | 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. |
[4] | 侯帅, 张祎佳, 周丹丹, 马飞洋, 王大鹏, 赵思琪, 丁超, 刘强. 基于介质阻挡放电低温等离子体分析储藏稻谷高温胁迫下酚类代谢规律[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1180-1190. |
[5] | 熊尚烨, 张翔, 梁宝慧, 叶仰东, 李浴阳, 朱晓, 朱志鸿, 官华忠, 张帅, 吴建国, 胡杰. 水稻抗褐飞虱基因QBPH1和QBPH4的精细定位与聚合效应分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(23): 4619-4631. |
[6] | 马荆鄂, 熊信威, 周敏, 吴斯琪, 韩甜, 饶友生, 王樟凤, 许继国. 基于垂体全长转录组测序分析鸡睾丸性状相关基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4130-4144. |
[7] | 陈晓涓, 王海菊, 王富敏, 雍清青, 黄顺满, 屈燕. 基于WGCNA鉴定全缘叶绿绒蒿类黄酮合成途径关键基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 3053-3070. |
[8] | 肖涛, 李辉, 罗韦, 叶涛, 余欢, 陈友波, 石钰仕, 赵德鹏, 吴芸. 基于转录组测序筛选鸡蛋绿壳性状相关基因[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1594-1605. |
[9] | 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[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 964-980. |
[10] | 张昕, 杨星宇, 张超然, 张冲, 郑海霞, 张仙红. 绿豆象热激蛋白超家族基因的鉴定及表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3814-3828. |
[11] | 由玉婉,张雨,孙嘉毅,张蔚. ‘月月粉’月季NAC家族全基因组鉴定及皮刺发育相关成员的筛选[J]. 中国农业科学, 2022, 55(24): 4895-4911. |
[12] | 刘鑫,张亚红,袁苗,党仕卓,周娟. ‘红地球’葡萄花芽分化过程中的转录组分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(20): 4020-4035. |
[13] | 龙琴,杜美霞,龙俊宏,何永睿,邹修平,陈善春. 转录因子CsWRKY61对柑橘溃疡病抗性的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(8): 1556-1571. |
[14] | 郝树琳,陈宏伟,廖芳丽,李莉,刘昌燕,刘良军,万正煌,沙爱华. 基于盐胁迫转录组信息的蚕豆F-box基因家族分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(17): 3443-3454. |
[15] | 卢士军,刘晓洁,薛莉,唐振闯,刘刚,程广燕. 我国水稻全产业链损耗和浪费量的估算及对应策略[J]. 中国农业科学, 2019, 52(18): 3134-3144. |
|