外源褪黑素处理减轻采后辣椒冷害的转录组分析

摘要

前期研究发现褪黑素处理可降低采后辣椒冷害发生率，但其中涉及的调控机制尚不清楚.该研究通过系统的转录组分析结合加权共表达网络分析（WGCNA）和实时荧光定量PCR（RT-qPCR）实验，揭示褪黑素减轻辣椒冷害的可能机制.研究不仅能加深对褪黑素减轻辣椒冷害调控机制的认识，更为进一步探究褪黑素减轻采后辣椒冷害的分子机制提供数据基础.以湖南本地特产的“湘研5号”青椒为研究对象，将果实随机分成两组，每组3次生物学重复，分别用清水（对照）和100μmol·L^-1褪黑素（处理组）避光浸泡3 min,自然晾干后于4℃和85%湿度的培养箱贮藏20 d.取冷藏5 d（对照和处理果实均未出现冷害）、10 d（对照出现冷害，处理未出现冷害）和15 d（对照出现明显冷害，处理开始出现冷害）的对照和处理组辣椒果实样本提取总RNA,将其送广州基奥迪生物科技有限公司完成转录组测序，通过对测序结果进行基因组比对、差异表达基因筛选及富集分析、WGCNA、蛋白互作网络分析和RT-qPCR实验，探究褪黑素减轻辣椒冷害的可能机制.对冷藏5 d、10 d和15 d的褪黑素处理组（MT）和对照组（CK）样品的转录组测序数据进行分析，共获得显著差异表达的基因（DEGs）6 592个.其中，CK5d-vs-MT5d、CK10d-vs-MT10d和CK15d-vs-MT15d比较组分别获得1 133个、3 424个和3 563个DEGs.GO功能分析和KEGG pathway富集分析发现，随着贮藏时间的延长，DEGs除在碳代谢、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等途径富集外，还在过氧化酶、谷胱甘肽代谢、苯丙氨酸代谢和抗坏血酸等氧化还原和次生代谢相关途径富集.此外，褪黑素处理激活了植物激素脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）信号转导途径相关基因表达.WGCNA分析表明，辣椒冷害发生与其氨基酸代谢、不饱和脂肪酸代谢、氧化还原、植物激素信号转导途径高度相关.此外，转录表达热图和RT-qPCR实验发现，多个WRKY转录因子受到褪黑素处理的显著诱导表达.启动子分析表明，多个活性氧（ROS）代谢相关基因的启动子中存在至少一个以上WRKY转录因子结合原件.互作网络分析表明，多个WRKY转录因子之间以及与ROS代谢相关基因间存在相互作用关系，其中CaWRKY72、CaWRKY28和CaWRKY51是互作节点最多的WRKY转录因子.冷害先引起辣椒果实正常生理代谢失调，进而引起果实氧化胁迫和代谢紊乱，而褪黑素对冷藏辣椒果实ROS代谢、脂肪酸代谢和植物激素ABA、SA和JA信号转导等途径的调控可能是其减轻贮藏青椒冷害发生的重要原因.WRKY转录因子在褪黑素介导的辣椒冷害控制中发挥了积极调控作用，其中CaWRKY72、CaWRKY28和CaWRKY51可能通过调控ROS代谢相关基因的表达参与辣椒冷害控制.

关键词

辣椒 / 褪黑素 / 冷害 / 转录组分析 / WGCNA