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转录组分析筛选调控苹果分枝能力的关键基因

中国农业科学 2024年第10期57卷 1995-2009页

作者：张海青张恒涛高启明姚家龙王亚荣刘珍珍孟祥鹏周喆阎振立中国农业科学院郑州果树研究所

【背景】苹果分枝数量的多少对于树体适应环境、生长生存、竞争资源都具有十分重要的作用。在实际生产过程中，多分枝的苹果品种更能满足整形修剪的需求，其不仅有利于果农因地制宜适时调整树体结构，塑造便于机械化采收的树形；而且对... 详细信息

【背景】苹果分枝数量的多少对于树体适应环境、生长生存、竞争资源都具有十分重要的作用。在实际生产过程中，多分枝的苹果品种更能满足整形修剪的需求，其不仅有利于果农因地制宜适时调整树体结构，塑造便于机械化采收的树形；而且对于调整结果枝均匀分布、保证结果量和果实品质都至关重要。【目的】本研究拟通过对同一发育时期的多分枝品种‘华星’和少分枝品种‘华硕’的顶芽、侧芽分别进行转录组测序，挖掘影响苹果分枝能力的关键基因，解析候选基因通过介导激素通路调控苹果分枝能力的潜在机理，为提高苹果分枝能力及产量提供理论依据。【方法】分别对‘华硕’和‘华星’的侧芽及顶芽进行转录组测序，通过差异表达基因（DEG）分析并借助加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）等生物信息学手段，筛选引起分枝数量差异的核心候选基因，并通过在拟南芥中异源过表达候选基因对筛选结果准确性进行验证。【结果】在‘华硕’和‘华星’的顶芽之间比对共得到2 920个差异表达基因，而‘华硕’和‘华星’侧芽间比较共筛选到5 127个差异表达基因。DEGs主要富集在植物激素信号传导通路中，生长素信号通路和独脚金内酯信号通路与苹果分枝能力关系最密切，相关编码MdIAA3、MAX2、TCP、JAZ等家族的基因在两个品种侧芽间的差异十分显著。编码CYC(cyclins)、CDK(cyclin-dependent kinase)、EXPA(expansin)等细胞周期、细胞壁修饰相关基因家族的DEGs也与苹果分枝能力呈正相关。进一步通过WGCNA分析得到候选基因CAD、EXPA、CYC、JAZ、SAUR的互作网络关系，这些基因可能在苹果分枝能力的调控过程中具有一定作用。对MdIAA3异源转化拟南芥后，发现MdIAA3明显增加了拟南芥长势、结荚数、分枝数。【结论】通过转录组分析，筛选到13个调控基因可作为苹果分枝能力控制的潜在基因，MdIAA3在拟南芥中异位表达，明显促进了植株长势和分枝能力；苹果分枝能力的调控主要涉及细胞的分化与发育，细胞壁修饰，生长素、独脚金内酯信号传导等过程。

关键词：苹果分枝能力转录组分析 KEGG 植物激素 MdIAA3

印度梨形孢介导小麦抗纹枯病的转录组分析及关键基因筛选

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中国农业科技导报 2024年

作者：史硕冯宇李亮孟瑞章延泽杨秀荣河北工业大学化工学院天津市农业科学院

小麦纹枯病是一种世界性频发土传病害，对小麦稳产高产危害严重。为了明确内生真菌印度梨形孢（Piriformospora indica）对小麦抗纹枯病的诱导作用，突破传统依赖于化学药剂的防治模式，利用生物方法提高小麦对纹枯病的抗性，采用印度... 详细信息

小麦纹枯病是一种世界性频发土传病害，对小麦稳产高产危害严重。为了明确内生真菌印度梨形孢（Piriformospora indica）对小麦抗纹枯病的诱导作用，突破传统依赖于化学药剂的防治模式，利用生物方法提高小麦对纹枯病的抗性，采用印度梨形孢孢子液浸泡小麦种子，然后用禾谷丝核菌（Rhizoctonia cerealis）侵染小麦植株，并对其相关生理生化指标和转录组结果进行分析。结果表明，小麦预先定殖印度梨形孢能增加细胞内抗氧化酶活性，缓解由于病菌引起的细胞内相对水含量降低，使因病菌侵染而破环的的膜稳定性上升39.6%，并能提高32.3%的叶绿素含量，增强小麦光合作用。转录组分析结果显示，印度梨形孢的定殖能改变病原菌引起的转录组变化并诱导相关抗性基因表达，通过影响激素代谢途径，提高植物生物量，利用多种路径和手段综合提高小麦对禾谷丝核菌的抗性。基于转录组数据筛选出了TraesCS1A02G372300、TraesCS1B02G393100等数个关键基因，为深入理解植物与微生物互作、加速相关抗病增产育种工作等提供理论基础与试验依据。

关键词：印度梨形孢小麦纹枯病转录组分析

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卷叶木薯及其突变体叶片的比较转录组分析

作物学报 2024年第8期50卷 2143-2156页

作者：肖明昆严炜宋记明张林辉刘倩段春芳李月仙姜太玲沈绍斌周迎春沈正松熊贤坤罗鑫白丽娜刘光华云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所云南保山678000 热带作物生物育种全国重点实验室云南昆明650205 云南省农业科学院国际农业研究所云南昆明650205

为解析卷叶木薯叶片异常发育的分子调控机制及代谢通路,以正常卷叶木薯叶片(JY)、突变株展叶叶片(ZY)和突变株卷叶叶片(BJ)为试验材料,基于转录组测序(RNA-seq)数据进行生物信息学分析。DESeq差异分析结果显示,ZY vs BJ、JY vs ZY、JY v... 详细信息

为解析卷叶木薯叶片异常发育的分子调控机制及代谢通路,以正常卷叶木薯叶片(JY)、突变株展叶叶片(ZY)和突变株卷叶叶片(BJ)为试验材料,基于转录组测序(RNA-seq)数据进行生物信息学分析。DESeq差异分析结果显示,ZY vs BJ、JY vs ZY、JY vs BJ分别有327(255个上调,72个下调)、1085(337个上调,748个下调)、689(381个上调,308个下调)个DEGs,有19个DEGs是3个比较组共同表达的。GO功能分析显示,DEGs在刺激反应、膜的组成部分、跨膜转运蛋白活性等途径差异显著。KEGG富集分析显示,DEGs在苯丙素的生物合成、植物激素信号转导、内质网中的蛋白加工等通路较为活跃。进一步对变异展叶与同株的卷叶和其他植株正常卷叶的DEGs分析发现集中富集到苯丙素的生物合成途径、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导,这可能是展叶突变体形成的关键因子。展叶与卷叶差异基因的主要KEGG代谢通路有9条,重要差异基因有9个。对不同类型叶片显微分析发现突变后的展叶木薯上表皮细胞层数增加、海绵组织结构变得疏松、维管束细胞减少。研究结果为进一步理解木薯叶片异常发育的分子机制提供了理论指导,为木薯遗传改良、种质创新挖掘提供基因资源和改良策略。

关键词：木薯转录组分析突变差异基因表达

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玉米木质素合成途径基因ZmCCoAOMT1功能研究及转录组分析

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中国农业科技导报 2024年第5期26卷 30-43页

作者：徐佳睿王逸茹赵绍赓李坤郑军吉林农业大学农学院长春130118 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

青贮玉米是一种优良的饲料作物,是畜牧业的优质粗饲料来源。咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(caffeoyl-CoA-O-methyltransferase,CCoAOMT)是木质素合成途径中的关键甲基转移酶。从玉米自交系B73的EMS突变体库获得了ZmCCoAOMT1基因的单碱基突变... 详细信息

青贮玉米是一种优良的饲料作物,是畜牧业的优质粗饲料来源。咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(caffeoyl-CoA-O-methyltransferase,CCoAOMT)是木质素合成途径中的关键甲基转移酶。从玉米自交系B73的EMS突变体库获得了ZmCCoAOMT1基因的单碱基突变体,通过表型分析、生理生化分析、基因表达分析验证了ZmCCoAOMT1的功能。研究发现,ZmCCoAOMT1突变造成茎秆木质化程度降低、木质素含量显著减少、G型木质素(guaiacyl lignin)和S型木质素(syringa lignin)含量下降、体外干物质消化率提高。此外,突变体茎秆中ZmCCoAOMT1的表达量也显著低于野生型。转录组分析表明,ZmCCoAOMT1基因的突变可能调控苯丙烷代谢途径中相关基因的表达,进而引起木质素含量和单体组成发生变化。因此,ZmCCoAOMT1基因是培育高消化率优质青贮玉米品种的重要基因资源,研究结果为木质素合成代谢途径遗传机理研究提供了重要理论依据。

关键词：青贮玉米木质素转录组分析 ZmCCoAOMT1

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