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橡胶草根全长比较转录组为天然橡胶生物合成的调控机制 提供新见解 ... ... ...

2022-3-16 10:26| 发布者: admin_1| 查看: 543| 评论: 0|来自: 中国热带农业科学院橡胶研究所

空格橡胶草(Taraxacum kok-saghyz Rodin)为菊科(Asteraceae)蒲公英属(Taraxacum)大角蒲公英组(Sect. Macrocornuta V. Soest)多年生草本植物。因其根部橡胶含量高、品质优良、适应性强等诸多优点,成为最具发展前途的橡胶替代作物之一。
空格本研究为阐明橡胶草的天然橡胶(NR)合成在转录水平上的调控机制,利用ONT技术获得了高含胶量(HR)和低含胶量(LR)品系橡胶草的高质量全长根转录组数据,并对高含胶量(HR)和低含胶量(LR)橡胶草品系之间进行比较转录组分析,结果共鉴定出3134个差异表达基因(DEG)。其中,1157个DEG在HR中上调,1977个DEG在HR中下调(图1)。
空格KEGG途径富集分析发现,参与NR合成的基因在HR中上调。而与角鲨烯、苯丙烷、脂肪酸和酮的合成相关的关键基因在HR中被下调,这些基因需要与NR生物合成相同的底物(IPP或乙酰辅酶A),推测在使用共同底物(IPP或乙酰辅酶A)时,NR与某些次级代谢产物合成之间存在竞争(图1和图2)。
空格NR合成通路上的基因差异表达分析结果显示(图3):(1)MVA通路上的基因整体表达要高于MEP通路,说明MVA通路是橡胶草NR合成所需IPP的主要来源。(2)参与NR合成的关键基因,尤其是CPTs和SRPPs的表达水平与NR产量成正比,在转录水平上进一步证明了这些基因在橡胶草NR生物合成中的重要作用。(3)菊糖代谢通路上基因表达在HR和LR之间没有显著差异,说明菊糖代谢并不是合成MVA和NR的乙酰辅酶A的主要来源。
空格以上研究工作为TKS中NR生物合成的调节机制提供了新的见解。此外,本研究中发现的与NR合成相关的基因或途径将是今后基因改造和分子育种的重要目标。

图1 橡胶草根部差异表达基因火山图和KEGG富集分析图


图2. 高低含胶量材料之间在天然橡胶合成相关通路上的基因表达热图

注:*表示高低含胶量之间差异表达的基因(FDR < 0.01和fold change ≥ 2)


图3. NR和其他代谢产物生物合成之间在底物使用(IPP或乙酰辅酶A)上竞争关系图

注:绿色箭头表示在HR中下调的途径;红色箭头表示在HR中上调的途径;热图表示LR和HR系之间相应路径中关键基因总表达水平的比较。缩写:C4Ms:反式肉桂酸4-单加氧酶;CCoAOMT:咖啡酰辅酶A O-甲基转移酶;CPTs:顺式-异戊烯基转移酶;CPTLs:顺式-异戊烯基转移酶like;HMG-CoA裂解酶:羟甲基戊二酰辅酶A裂解酶;LACs:长链酰基辅酶A合成酶;PALs:苯丙氨酸解氨酶;PPT:棕榈酰蛋白硫酯酶;REF:橡胶伸长因子;SQS:角鲨烯合酶;SRPPs:小橡胶颗粒蛋白质;TAG-lipase:三酰甘油脂肪酶。


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