月月粉和大花香水月季成花转变关键基因的挖掘

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月季(Rosa sp.)色彩艳丽,花型丰富,是重要的园林观赏植物,又因其能够连续开花而深受育种家的亲睐。植物的成花转变过程,受环境因子和内部调控因子的共同调控。与模式植物成花转变的研究相比,有关月季成花转变的研究还比较少,只有一些关于KSN的研究报道,其他调控月季成花转变的关键基因鲜有报道。为充分了解参与月季成花转变的基因信息和探索调控月季连续开花的分子调控机制,本研究对四季开花月月粉(R.chinensis‘Old Blush’)和一季开花大花香水月季(R.odorata var.gigantea)的成花转变不同发育阶段,开展转录组学结合形态学和生理指标测定,对比分析成花转变过程中差异表达基因,分别确定调控两月季成花转变的关键开花基因。主要结果如下:  (1)石蜡切片技术鉴定月月粉成花转变不同的3个发育时期:营养生长时期、成花转变时期、生殖生长时期;大花香水月季4个不同的发育时期:营养生长时期、成花转变时期、生殖生长时期、次级腋芽营养生长时期。两月季成花转变过程中茎尖生长点的形态变化相似:茎尖生长点的形状由尖圆锥状变为扁平、圆滑的苍穹状,生长点两侧变宽,且不在有新的叶原基出现。同时测定相应时期内源激素、可溶性糖和淀粉的含量。在成花转变的过程中,生长素依次上升,赤霉素和脱落酸降低,可溶性糖含量上升,淀粉含量下降;且月月粉中可溶性糖的含量明显高于大花香水月季中的。  (2)对月月粉成花转变不同时期对比分析,筛选出调控月月粉成花转变的关键开花基因23个。同时在春季、夏季和秋季的成花转变样品中,RT-qPCR验证关键基因的表达趋势,大部分基因在这3个季节的表达趋势一致。分析结果表明,光周期途径(CO、COL16、FKF1、ELIP、CHS、COP1)、春化途径(FRI、VRN1)、自主途径(FY)、糖代谢途径(SUS2、NEC1、BAM,GBSS1、AMY)、赤霉素途径(GA2ox)、生长素信号调节(IAA/A UX,ARF)、脱落酸信号调节(PYL、CYP707A)基因共同影响开花整合因子LFY和转录因子(WUS、MYC、NAC),调控月月粉的成花转变过程。  (3)大花香水月季不同发育时期分析结果表明,光周期途径(phyA、LH、ELIP1、ELF3、COP1、COLs)、春化途径(FRI、SUF、VIN3、FLC、VRN1)、自主途径(FY)、年龄途径(SPLs)、糖代谢途径(GBSS1、AMY3、BAM3、TPS1、TPP)、赤霉素途径(DELLA、SCLs、GASA4)、生长素信号调节(AFB、IAA/A UX、ARF)和脱落酸信号调节(PYR/P YL、PP2C、SnRK)基因共同影响开花整合因子和分生组织特性基因(SOC1、LFY、AGL24、KSN、FD),调节大花香水月季的成花转变过程。基因间表达的相关性分析表明,转录因子MYB、bHLH14、bHLH35、MYC2与上述部分关键开花基因表达高度相关,认为这些转录组因子也参与大花香水月季的成花转变过程。  (4)以不同的开花调控通路为单元,对比分析两月季成花转变差异表达关键开花基因的差异。GO富集结果表明,糖代谢途径影响月月粉的成花转变过程;糖代谢、光周期和春化途径共同影响大花香水月季成花转变过程;MapMan生物过程和调控通路分析结果表明,GA途径负调控大花香水月季和月月粉的成花转变过程。  (5)WGCNA分析结果表明,grey60与月月粉的成花转变过程密切相关,网络中SOC1、AGL14,CAL-A、ELF3,COLs、VRN1、FY、FRIs、SPL12、GAI、SUSs、GSG、MGA、AMYs,Unigene0077645、Unigene0082486、Unigene0082641、Unigene0078673有高的连通性,认为这些基因是调控月月粉成花转变的关键基因;模块honeydew1与大花香水月季的成花转变过程密切相关,基因SOC1、COL1/5、VRN1-1/2、SPS、SS4、Unigene0086018,Unigene0094750、Unigene0095165、Unigene0078489和Unigene0088893是调控大花香水月季成花转变的关键基因。模块darkgrey与大花香水月季的营养生长高度相关,进一步预测与KSN有互作关系的基因有51个,如UGT、UGT91C1和转录因子bHLH140。
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