版納植物園樟科植物比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究獲進展
樟科植物在克朗奎斯特分類法中被分到木蘭亞綱(Magnoliidae)中,被視為雙子葉植物中比較原始的類群。這類植物的萼瓣不分,花瓣和萼片聯(lián)合在一起,統(tǒng)稱花被。樟科樹種具有多種經(jīng)濟用途,許多種類的種子富含脂肪酸。然而,這一類群的遺傳學(xué)與基因組學(xué)研究背景十分薄弱,目前僅有鱷梨(Persea americana)、山胡椒(Lindera glauca)和山雞椒(Litsea cubeba)等少數(shù)種類的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)公布。在前期系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)的基礎(chǔ)上,版納植物園生物多樣性研究組研究人員及其合作者分別選取滇潤楠(Machilus yunnanensis)和滇新樟(Neocinnamomum caudatum)為實驗材料,完成了比較轉(zhuǎn)錄組分析研究。
滇潤楠花朵、花苞及葉片轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)獲得了37,877個差異表達的轉(zhuǎn)錄本序列,其中各有121個和111個顯著差異表達基因被歸類到開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。與模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)的同源基因比較發(fā)現(xiàn):141對參與開花調(diào)控和激素調(diào)控的同源基因在滇潤楠和擬南芥開花過程中表現(xiàn)出相似的表達模式,但在營養(yǎng)器官(葉片)和繁殖器官(花)中不同;生長素、赤霉素和油菜素內(nèi)酯相關(guān)的基因在滇潤楠和擬南芥中都參與了開花過程;參與擬南芥花瓣和花萼分化的AP1、AP3、FLC、FLD和FD等基因未能在滇潤楠轉(zhuǎn)錄組中比對到同源序列,但參與花期控制的LFY基因在兩種植物中參與調(diào)控。上述結(jié)果提示滇潤楠開花過程的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與擬南芥相似,但滇潤楠花發(fā)育基因可能存在缺失。
滇新樟不同發(fā)育階段的種子轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)獲得了239,703個轉(zhuǎn)錄本序列,差異表達分析篩選出了137個在種子成熟過程中參與脂肪酸合成的轉(zhuǎn)錄本序列。基因表達模式及基因序列比較發(fā)現(xiàn):參與脂肪酸合成的KASI、KASII、SAD、FAD2、FAD8和FATA/B基因在不同發(fā)育階段的種子內(nèi)差異表達;滇新樟的FATB基因序列與其它樟科植物的FATB基因序列差異較大;滇新樟FATB基因在工程菌中的表達產(chǎn)物可以顯著提升底物合成長鏈脂肪酸的比例。上述結(jié)果提示滇新樟種子含有較多長鏈脂肪酸很可能與其FATB基因有關(guān)。
以上成果分別以The floral transcriptome ofMachilus yunnanensis , a tree in the magnoliid family Lauraceae和Transcriptome analysis reveals a composite molecular map linked to unique seed oil profile ofNeocinnamomum caudatum為題,發(fā)表于Computational Biology and Chemistry 和BMC Plant Biology雜志。
圖一、滇潤楠開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)示意圖
圖二、滇新樟脂類合成途徑示意圖