项目文章丨转录组测序深入解析桂花辣椒响 [复制链接]

植物需要应对持续变化的环境，使逆境应答和生长发育相平衡。这些不良环境包括生物胁迫，如病原体感染；非生物胁迫，如干旱、高温、盐碱害以及土壤重金属*害。植物如何感受和响应环境胁迫是一个根本性的生物学问题。提高植物抗逆性对农业生产和环境的可持续性至关重要。年3月，菲沙基因植物响应环境胁迫类项目文章二连发！话不多少，双手奉上新鲜出炉的两篇文献解读。

01

TranscriptomeanalysisrevealsdefenserelatedgenesandpathwaysagainstXanthomonascampestrispv.vesicatoriainpepper(CapsicumannuumL.)

转录组测序揭示辣椒防御相关基因和途径

发表期刊

PLOSONE

研究背景

辣椒（CapsicumannuumL.）具有高营养价值和商业价值，在过去的几十年里，人们进行了大量的研究以提高其产量。然而，由于细菌斑病、炭疽病等生物胁迫和干旱、盐胁迫等非生物胁迫等因素的影响，辣椒生产尚未达到潜在产量。由野油菜*单胞菌(Xcv)引起的细菌斑(BS)是一种严重的辣椒病害，在许多辣椒产区，尤其在高温高湿时期，会导致产量和品质下降。找到辣椒应对胁迫的关键调控基因可对后续改良辣椒抗Xcv品种提供有价值的资源。

研究材料

*单胞菌侵染的辣椒易感品种ECW和抗性品种VI叶片组织

技术路线

研究结果

1.辣椒叶片被Xcv侵染后的表现

表达抗病基因Bs1的品种VI在侵染24小时（24hpi）时表现出过敏反应，而品种ECW在6hpi和24hpi两个时间点均未表现出过敏反应。可见，VI和ECW对Xcv感染的应答不同。

图1ECW和VI对Xcv菌株23-1的应答模式

2.差异基因鉴定

ECW在6hpi和24hpi分别有1,个(个表达上调，个表达下调)和个(个表达上调，个表达下调)DEGs表达。VI在6hpi和24hpi分别有个(个表达上调，个表达下调)和个(个表达上调，个表达下调)DEGs表达(图2)。ECW和VI被Xcv侵染后有个重叠的DEGs，其中个DEGs在不同时间点特异性表达。VI在6hpi有更多的DEGs，特别是表达上调的DEGs，而ECW在24hpi有更多的DEGs，表明辣椒对Xcv侵染的应答在两品种之间是不同的。

图2Xcv侵染6h和24h两品种DEGs的表达分析

3.差异基因功能富集分析

所有比较组合分析获得的个DEGs中，有个DEGs在GO分类中显著富集，显著富集的GO分类包括防御反应、蛋白磷酸化、蛋白修饰、细胞膜成分、蛋白激酶活性、丝氨酸激酶活性、转录因子活性、序列特异性DNA结合等。

图3两品种辣椒被侵染后的DGEsGO富集

在4个处理组中，DEGs显著富集于苯丙氨酸代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、苯丙氨酸生物合成、类*酮生物合成、二苯乙烯类、二芳基庚烷类和姜酚生物合成、谷胱甘肽代谢、不饱和脂肪酸生物合成和MAPK信号通路等途径。

图4四组中DEGs的显著富集KEGG通路

4.Xcv侵染后辣椒转录组变化

接种Xcv后，24个蛋白激酶、13个抗病蛋白和4个受体样蛋白在VI中特异性表达。钙调磷酸酶，羧酸酯酶，醛脱氢酶和糖基转移酶等在VI中显著差异表达，但在ECW几乎不表达。83个激酶应答基因，包括13个LRR受体样ser/thr蛋白激酶，在ECW和VI的6hpi和24hpi均表达上调，抗性基因bs2和bs3在Xcv侵染前后均未表达。

图5Xcv接种后，ECW和VI中与抗病相关的重叠差异基因热图

5.转录因子对Xcv侵染的应答

本研究共鉴定了53个转录因子家族的个DEGs，其中包括69个锌指蛋白(ZFPs)，65个乙烯响应转录因子(ERFs)，64个MYB,32个NAC和46个WRKY转录因子。Xcv侵染后，VI特异性差异表达的转录因子有21个，包括ZFPs、MYB、WRKY和ERFs。这些被鉴定的TFs可能在辣椒-Xcv相互作用中发挥重要作用。ECW和VI中有63个重叠的差异TFs表达。除了这些差异表达的TFs之外，编码MYB、WRKY、乙烯反应因子、HSF和bHLHTFs的基因表达也上调，而Capana06g、Capana09g和Capana02g(ZFPs)表达下调。

图6被侵染后两品种重叠的差异转录因子热图

研究结论

本研究通过转录组学分析，鉴定了Xcv侵染后辣椒抗病和感病品种的抗病相关基因和途径。共得到个DEGs。评价了之前报道的与防御反应相关的PRRs、MAPK信号通路、钙信号通路、植物激素信号通路、TFs信号通路和次级代谢的DEGs水平，首次对Xcv感染辣椒的整体转录水平进行探讨，为改良辣椒抗病品种提供指导。

02

CPTATreatmentRevealsPotentialTranscriptionFactorsAssociatedwithCarotenoidMetabolisminFlowersofOsmanthusfragrans

转录组测序鉴定桂花类胡萝卜素代谢相关的潜在转录因子

发表期刊

HorticulturalPlantJournal

研究背景

桂花（Osmanthusfragrans）作为中国十大传统花卉之一，有三组不同的花色划分。α-胡萝卜素和β-胡萝卜素是区分三组颜色差异的主要决定因素。然而，参与类胡萝卜素代谢的显性基因和转录因子尚不清楚。2-(4-氯苯硫代)-三乙胺盐碱(CPTA)是工业上的除草剂，它能直接抑制番茄红素环化酶，改变植物中的类胡萝卜素含量。

研究材料

四季桂“天女散花”花朵

技术路线

研究结果

1.CPTA处理促进类胡萝卜素合成

CPTA处理的花与未处理的花（自然花）有显著的颜色差异。从颜色变化来看，两种浓度CPTA处理均有明显的类胡萝卜素促进作用，0.7mmol·L-1处理优于1.4mmol·L-1处理。α-胡萝卜素和β-胡萝卜素含量明显高于未处理的花。此外，CPTA也刺激自然花中通常保持在低水平的番茄红素、δ-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、β-*素形成。

图7未处理和0.7mmol·L-1CPTA处理后的桂花外观

图8未处理、0.7和1.4mmol·L-1CPTA处理桂花0、12、24、36h的类胡萝卜素含量

2.类胡萝卜素代谢基因和转录因子（TFs）的应答

CPTA处理12h后，类胡萝卜素合成基因NCED、CCD4和CCD1的表达显著增加。随后，两个重要的上游基因PSY和PDS在CPTA处理24h后被显著提升，CPTA处理36h后，一系列代谢基因ZISO、ZDS、CHYB2、CHYE和ZEP均被激发，导致类胡萝卜素大量积累。

图9CPTA处理后，类胡萝卜素代谢基因的表达分析

选择CPTA处理12h和24h差异表达的TFs进一步分析，初步筛选到16个表达上调的TFs。8个上调的TFs属于WRKY、HSF、bHLH、SBP、MYB和AP2家族，与α-胡萝卜素和β-胡萝卜素合成密切相关。大多数表达上调的TFs在0.7mmol·L-1CPTA处理24h达到最高表达。此外，检测到15个表达下调的转录因子，分别属于AP2、WRKY、C2H2、NAC、MYB和LBD家族，其中一部分与类胡萝卜素积累负相关。

图10表达上调和下调的转录因子热图

3.桂花不同品种候选TFs的验证

α-胡萝卜素和β-胡萝卜素是区分丹桂品种与其它品种的主要因素。分别选取典型品种丹桂、金桂和银桂对8个上调的TFs进行qRT-PCR验证。4个TFs（MYB、WRKY、HSF、AP2）与类胡萝卜素含量变化趋势一致，表明其可能与类胡萝卜素代谢有关。

图11qRT-PCR验证8个上调转录因子在不同品种中的表达

4.瞬时过表达验证OfMYB43基因功能

将OfMYB43瞬时转染至花瓣，以研究OfMYB43功能。与野生型相比，转基因花瓣变红。转基因花瓣中OfMYB43成功上调表达，导致番茄红素的积累，β-胡萝卜素和β-*素的增加。转染后，PDS、ZISO、LCYE、CCD4a和CCD4b也显著上调。表明，OfMYB43是类胡萝卜素生物合成的潜在正向调节因子，介导重要代谢基因的转录。

图12OfMYB43在桂花中的瞬时过表达

研究结论

CPTA处理显著提高了桂花中番茄红素、α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的含量。CPTA可触发类胡萝卜素代谢通路基因的连锁反应，显著诱导4个表达上调和10个表达下调的转录因子，这些转录因子与类胡萝卜素的变化密切相关。进一步对MYB43、MYB、HSF等表达上调的转录因子在不同花色品种中的转录表达进行研究，4个上调转录因子的表达与类胡萝卜素在不同品种中的积累相关。桂花瞬时过表达OfMYB43可显著促进PDS、ZISO、LCYE和CCD4的表达，导致β-类胡萝卜素积累增加。本研究为深入了解桂花类胡萝卜素代谢的分子机制提供理论依据。

参考文献：

1.GaoShenghua,etal.TranscriptomeanalysisrevealsdefenserelatedgenesandpathwaysagainstXanthomonascampestrispv.vesicatoriainpepper(CapsicumannuumL.)[J].PLOSONE,.

2.XiWan,etal.CPTATreatmentRevealsPotentialTranscriptionFactorsAssociatedwithCarotenoidMetabolisminFlowersofOsmanthusfragrans[J].HorticulturalPlantJournal,.

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