不同含油量甘蓝型油菜种子和角果皮的动态比较转录组分析

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植物油是人类饮食和工业应用可再生原料的重要组成部分。提高油料作物含油量是满足全球植物油供应需求的最可行、最环保、最可持续的途径。油菜(B.napus)是世界最重要的油料作物之一,占世界食用油供应的15%以上。深入了解油菜种子发育过程中油菜生物合成的基因网络是选育高油菜品种的前提。RNASeq被认为是一种检测低丰度转录本、鉴别生物关键亚型和识别遗传变异的先进技术。为了解油菜生物合成和油脂积累关键途径的动态调控,我们选用两个含油量差异13%的两个系对油菜种子和种皮组织发育进行了比较转录组学分析。我们共检测到62524个FPKM>1的基因在两个系的种子和种皮组织中表达。MapMan对这些基因分析表明,光合作用,碳水化合物代谢,脂质代谢和转运的差异基因大部分在高含油量材料中(HOCL)表现为上调,而降解、氨基酸代谢、蛋白质和次生代谢大部分在低含油量材料中(LOCL)表现为上调.结果表明,在种子和种皮发育的6个关键阶段,HOCL和LOCL之间共鉴定到差异表达基因(DEGs)3288个。基因富集分析表明,HOCL中与光合作用、代谢、碳水化合物、脂质、植物激素、转运体、三酰甘油和脂肪酸合成相关的基因可能上调。我们发现,控制种皮的代谢产物和光合产物以及种子中油脂的合成和积累的DEG有着不同的调控模式。DEGs还包括75个酰基脂代谢(ALM)基因、42个转录因子(TFs)和56个激素相关基因。此外,DEGs比对到QTLs后,在3288个DEGs中有1098个被比对到相应的QTLs,包括31个ALM基因和9个TFs。采用qRTPCR对16个ALM DEGs进行了定量分析,结果验证了RNA-Seq数据的可靠性。此外,在两个系的两种组织中共鉴定到4884个相对差异表达基因(RDEG),这些基因大多数在代谢、碳水化合物代谢、转运和转录因子的通路中富集。我们检测了不同发育时期的油、碳水化合物(葡萄糖、蔗糖和淀粉)和激素(茉莉酸、脱落酸和生长素),结果表明其会影响到油分的积累,这些为深入了解高含油量的分子基础提供了新见解和新的研究方向。在转录组结果的基础上,我们选择了11个ALM基因和TFs进行拟南芥突变体的鉴定。除1个突变体外,其余突变体油含量均明显高于野生型。综合以上结果可知,11~44 DAP是种子中主要的油脂生物合成阶段,而11~23 DAP是合成的关键时期,而降解主要发生在44 DAP之后。种子与种皮间DEGs表达谱的差异表明,种皮产生的前期代谢产物和光合产物是种子中光合作用和油脂合成积累的结果。种皮在油合成的初始阶段起着至关重要的作用,在后期仍有一定的贡献。碳水化合物途径和激素对油脂积累有重要作用。这些发现主要确定了甘蓝型油菜种子和种皮中油菜的生物合成和积累途径,以及高含油量品种开发的潜在基因。本研究为深入了解种子和种皮中油脂合成动态调控网络的研究提供了新信息。
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