番荔枝花发育的转录调控研究


 

发表文章：《Frontiers in Plant Science》         影响因子：4.495

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取    材
番荔枝花发育四个时期的样本：花序分生组织（IM）、花芽（FB）、成花阶段1（FL1）、成花阶段2（FL2）。

结    果
转录组分析得到大量与花发育相关的转录因子家族基因，包括bHLH、NAC、B3、MYB等。GO和KEGG信号通路分析结果发现，144个基因与开花时间、花发育相关，涉及六条经典的开花相关信号通路：光周期（photoperiod）、春化路径（vernalization）、自发路径（autonomous）、热感应（thermosensory）、衰老（aging）、GA信号通路。作者在文中详细讨论了这六条经典开花相关信号通路中的基因在番荔枝花发育过程中的表达量变化情况和趋势，这里就不做介绍了。

我们重点看下作者是如何将转录组数据与代谢组数据联合起来讨论植物激素信号通路的。

前面KEGG信号通路富集分析结果显示，不同开花时期的差异基因主要富集于植物激素信号通路和昼夜节律信号通路，而生长素auxin、脱落酸ABA、赤霉素GA、细胞分裂素cytokinin这四种植物激素与成花转变和花发育密切相关。作者将这四种植物激素信号通路上的相关基因拿出来，分析这些基因在不同花发育阶段的表达量变化趋势，发现这些调控基因大部分呈现出阶段特异性的表达趋势，如下图所示：

一般的文章这时候都是只在转录组层面分析讨论这些基因的变化，略显空洞并且缺乏信服力。但这篇文章的做法是，同时检测了GA、 IAA、ABA和细胞分裂素这几种植物激素在四个花发育阶段的浓度变化，然后结合转录组数据分析这些信号通路的变化，信服力暴涨有木有。首先我们来看看植物激素检测的结果：

GA、cytokinin和IAA的浓度在花发育过程中都是显著下降，而ABA的浓度则显著上升。下面我们结合转录组的数据来分析讨论一下这些植物激素信号通路的变化：

1、生长素auxin
生长素在植物花发育过程中起着非常重要的作用，参与了花原基形成和花器官识别。转录组结果鉴定出不少ARF和Aux/IAA基因，说明ARF-Aux/IAA信号通路在番荔枝花发育过程中有着重要作用。

（1）auxin反应因子ARF：
ARF是一个经典的auxin反应家族。ARF1基因主要在IM阶段高表达，而ARF19则主要在FL1阶段高表达，暗示了这些不同的家族基因在花发育过程中发挥着不同的作用。

（2）吲哚乙酸IAA：
IAA10基因在花发育过程中表达量增加，表明其在花发育初期有着重要的作用。IAA3在花发育过程中表达量增加，在FL2阶段表达量最高，这与IAA浓度的变化趋势并不一致，暗示IAA3在花发育过程中可能受到乙烯的调控。

（3）Auxin转运基因：
PIN7和MLO4的表达量在花发育过程中逐渐下降，这可能解释了IAA的浓度在花发育过程中逐渐下降的原因。

2、赤霉素GA
GA的表达由五个蛋白基因调控：GAI、RGA、RGL1、RGL2、RGL3。其中，GA2ox家族基因催化了GA的生物合成。转录组结果显示，GA2OX6和GA2OX7的表达量在花发育过程中显著下降，这与GA的浓度变化趋势一致。