基于转录组测序的高粱叶夹角突变体相关基因挖掘

摘要

[目的]适宜机械化采收和密植栽培是现代作物品种降低成本和提高产量的两大主要育种目标，而适宜的叶夹角是机械化和密植栽培的重要性状之一。本研究旨在通过细胞学、转录组学等分析，挖掘影响高粱叶夹角形成的基因。[方法]本研究以EMS诱变的突变体el1和野生型（WT）BTX623为材料，通过扫描电镜分析叶耳细胞的变化和不同内源激素含量的改变，并结合转录组数据，筛选差异表达基因，明确激素信号转导通路中对高粱叶夹角形成的关键调控基因。[结果]细胞学分析表明，与WT相比，在两叶一心时期无论是近轴端还是远轴端，el1叶耳细胞变大、细胞数量降低。内源激素含量结果表明，与WT相比，开花期el1叶耳中IAA含量显著上升，BR含量显著下降；转录组数据分析共筛选到4957个差异表达基因，其中，3170个基因上调，1787个下调。GO富集共分为3类：在细胞组分分类中共有366个条目，主要富集在质膜组分、DNA包装复合体和核小体等条目；在生物过程分类中共有2265个条目，主要富集在氧化应激反应、RNA修饰和损伤应答；在分子功能分类中共有848个条目，主要富集在糖苷键水解酶活性、单氧化酶活性和O-糖苷化合物水解酶活性。在KEGG注释结果显示，4957个差异表达基因有1391个注释到137条KEGG通路中，其中上调差异表达基因858个，下调差异表达基因533个；差异表达基因主要富集在代谢途径、次生代谢产物的生物合成、植物激素信号转导等通路中，分别富集了591、413和160个差异表达基因。激素敏感性实验结果表明，随着EBL浓度增加，叶夹角呈现先变大后变小的趋势，当浓度为1.5 mg/L时叶夹角最大；随着2,3,5-Triiodobenzoic acid(TIBA)浓度的增大，叶夹角出现相似的表型，当浓度为150 mg/L时，el1叶夹角最大。[结论]叶夹角突变体el1叶耳细胞变大、数量变少是由于体内生长素浓度升高，油菜素内酯浓度降低，进而调控叶耳细胞的伸长和分裂，最终调控叶夹角变小，激素信号转导途径是el1叶夹角变小的关键通路。

关键词

高粱 / 突变体 / 转录组 / 生长素 / 油菜素内酯

基金资助

应用基础研究计划（2025JH2/101330190）; 辽宁省“种质创新藏粮于技”重大专项（2023JH1/10200009）; 辽宁省科技计划联合计划（2024-MSLH-507）; 国家产业技术体系谷子高粱体系岗位科学家（CARS-06-15.5-A3）; 辽宁省农业科学院院长基金项目（2025XKJS8504）