芜菁肉质根叶绿素和叶黄素代谢相关基因挖掘

摘要

【目的】挖掘芜菁叶绿素和叶黄素代谢关键基因,为解析芜菁果皮颜色性状的形成机制奠定基础。【方法】以白芜菁和绿芜菁肉质根果皮为材料,测定其叶绿素含量,提取芜菁肉质根果皮总RNA,构建c DNA文库,进行转录组Illumina测序,筛选差异表达基因(DEGs),进行GO和KEGG分析。提取芜菁基因组DNA,构建DNA文库,利用Hiseq X10 PE150测序平台进行测序,分析DEGs的序列变异。随机选取6个DEGs,采用RT-q PCR法对其表达水平进行验证。【结果】与白芜菁相比,绿芜菁叶绿素a和叶绿素b含量较高。转录组测序共得到2.40×10～8条高质量片段(reads);与白芜菁相比,绿芜菁有2 475个上调DEGs,有4 496个下调DEGs。DEGs显著富集到4 264个生物过程,712个细胞组成,1 987个分子功能的GO条目数;KEGG通路富集结果显示,差异基因显著富集到28个代谢通路中,包含代谢途径、次生代谢物生物合成、光合作用、光合作用-天线蛋白和植物激素信号转导等。与白芜菁相比,绿芜菁叶绿素代谢途径共有16个DEGs,其中尿卟啉原Ⅲ合酶(hem D)、镁螯合酶亚基H(CHLH)、联乙烯还原酶(DVR)、原叶绿素酸脂还原酶(POR)、叶绿素酶(CLH)和叶绿素a合成酶(clh G)相关基因表达上调,而共卟啉原Ⅲ氧化酶(CPX)、镁脱螯酶(SGR)、嗜铬酶(PPD)相关基因表达下调;叶黄素合成途径共鉴定到4个DEGs,其中LCYE(Bra A01g027340E、Bra A10g046272E)、CYP97C1(Bra A07g035488E)表达量上调,而BETA-OHASE (Bra A03g012-433E)表达量下调。2种芜菁在叶绿素代谢通路中,有5个DEGs(NOL、chlH、POR、chlG和CPX)有序列差异;在叶黄素合成途径中,有3个DEGs(LCYE、BETA-OHASE和CYP97C1)存在序列差异。6个DEGs(SGR(Bra A01g-025078E)、CPX(Bra A09g007096E)、POR(Bra A01g025517E)、chlG (Bra A09g004947E)、chlH (Bra A03g011972E)和POR(Bra A10g044962E))表达水平的RT-q PCR结果与转录组测序结果相同。【结论】白芜菁和绿芜菁之间有16个叶绿素代谢途径相关DEGs,其中5个基因有序列差异;有3个叶黄素合成途径相关DEGs。

关键词

芜菁 / 肉质根 / 转录组测序 / 叶绿素代谢 / 叶黄素代谢