生长调控-莲藕

温带和热带莲花根茎形成的转录组分析

  文章标题：Transcriptomic analysis of the regulation of rhizome formation in temperate and tropical lotus (Nelumbo nucifera)

  期刊：Scientific Reports

  影响因子：5.578

  发表时间：2015年

  研究背景

  •  莲花主要可以分成3类：根茎、种子和观花。

  •  莲花根状茎，即莲藕，一种变态茎，营养价值高：淀粉、蛋白质、维生素和矿物质。

  •  其发育机制非常复杂，与环境及内源因素调控基因的表达水平密切相关。

  •  目前，茄属植物和秋海棠中已经有对贮藏器官生长发育调控的研究报道；而关于莲花根茎膨大生长的研究机制缺乏。

  •  本研究为以后阐明莲花根茎的生长的分子机制提供理论基础，为选育优质的莲藕品种提供依据。

  研究方法

  •  材料：温带品种ZO/热带品种RL（生长过程不明）； 3个时期样本：stolon, middle swelling，later swelling stage

  •  RNA提取、建库和测序: Illumina HiSeq 2000 平台PE100

  •  测序结果分析：Tophat：序列比对、DESeq：差异表达分析（生物学重复）、  差异基因功能分析：GO 和 KEGG

  •  real-time PCR验证：功能验证

  研究结果

  1.根茎生长和取样：

  •  取样时期 stolon stage (S1)

  initial swelling (S2)

  middle swelling (S3、S4)

  later swelling stages(S5)

  •  根茎生长指标：根茎膨大指标、淀粉含量、含水量

  选取S1/S3/S5为研究时期：T1/T2/T3

  Figure 1. Rhizome development of ‘ZO’ and ‘RL’.

  2.测序结果分析（表1）

  3、根茎生长过程中差异基因的筛选（两两比对）

  •  A．比较热带莲三个发育阶段的根状茎，分别发现1688，4208，4795个差异基因(RL)：RT3 vs. RT1 and RT3 vs. RT2差异基因大于RT2 vs. RT1（从T1-T2过程根茎生长较慢）

  •  B．比较温带莲三个发育阶段的根状茎，分别发现3206，6360，5535个差异基因（ZO）：ZT3 vs. ZT1 and ZT3 vs. ZT2差异基因大于ZT1 and ZT2（T2-T3阶段根茎生长指标变化大）； ZO的差异基因多于RL

  •  C．两个品种不同时期的差异基因少于一个品种不同时期的差异基因

  •  D．ZO根茎的形成中有更多的差异基因

  •  E．聚类分析：共聚为8类

  Figure 3. Overview of serial analysis of DEGs identified by pairwise comparisons of the six rhizome transcriptomes, RT1, RT2, RT3, ZT1, ZT2, and ZT3.

  4、差异基因的功能注释和富集分析

  •  GO富集分析：生物学过程、细胞组分、分子功能；

  •  KEEG富集分析:多数差异基因被富集到次级代谢，蔗糖代谢，碳代谢等代谢通路中。

  5、根茎生长相关基因分析

  光周期基因PHYB, CO, GI和 FT ;

  淀粉合成酶相关基因：蔗糖合酶、葡萄糖焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶 ;

  信号转导因子： GA, ABA, cytokinine (CTK), auxin, ethylene, Jasmonic acid (JA) ;

  6、候选基因筛选

  7、RT-qPCR.功能验证