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卷叶木薯及其突变体叶片的比较转录组分析
肖明昆, 严炜, 宋记明, 张林辉, 刘倩, 段春芳, 李月仙, 姜太玲, 沈绍斌, 周迎春, 沈正松, 熊贤坤, 罗鑫, 白丽娜, 刘光华
作物学报    2024, 50 (8): 2143-2156.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34168
摘要   (125 HTML5 PDF(pc) (9055KB)(99)  

为解析卷叶木薯叶片异常发育的分子调控机制及代谢通路, 以正常卷叶木薯叶片(JY)、突变株展叶叶片(ZY)和突变株卷叶叶片(BJ)为试验材料, 基于转录组测序(RNA-seq)数据进行生物信息学分析。DESeq差异分析结果显示, ZY vs BJ、JY vs ZY、JY vs BJ分别有327 (255个上调, 72个下调)、1085 (337个上调, 748个下调)、689 (381个上调, 308个下调)个DEGs, 有19个DEGs是3个比较组共同表达的。GO功能分析显示, DEGs在刺激反应、膜的组成部分、跨膜转运蛋白活性等途径差异显著。KEGG富集分析显示, DEGs在苯丙素的生物合成、植物激素信号转导、内质网中的蛋白加工等通路较为活跃。进一步对变异展叶与同株的卷叶和其他植株正常卷叶的DEGs分析发现集中富集到苯丙素的生物合成途径、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导, 这可能是展叶突变体形成的关键因子。展叶与卷叶差异基因的主要KEGG代谢通路有9条, 重要差异基因有9个。对不同类型叶片显微分析发现突变后的展叶木薯上表皮细胞层数增加、海绵组织结构变得疏松、维管束细胞减少。研究结果为进一步理解木薯叶片异常发育的分子机制提供了理论指导, 为木薯遗传改良、种质创新挖掘提供基因资源和改良策略。



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图1 卷叶木薯突变株(A)和正常卷叶木薯(B)的表型特征
BJ表示突变株卷叶叶片; ZY表示突变株展叶叶片; JY表示正常卷叶木薯叶片。
正文中引用本图/表的段落
卷叶木薯原产印度尼西亚为当地主栽品种之一, 2017年云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所从广西壮族自治区亚热带作物研究所引入保存。课题组2020年在育种过程中发现卷叶木薯叶片变平展的自然突变株(图1-A), 其与正常的卷叶木薯(图1-B)相比, 突变株的一个分枝所有叶片都表现为展叶, 对突变株的卷叶枝和展叶枝进行扦插扩繁, 连续2年的田间观测, 该卷叶和展叶突变体性状稳定。目前, 卷叶木薯及其突变体材料保存在云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所试验田, 本研究采集扩繁后性状稳定的突变株卷叶叶片(BJ)、扩繁后性状稳定的突变株展叶叶片(ZY)和正常卷叶木薯叶片(JY)作为试验材料进行转录测序, 试验材料于2022年6月(种植后2个月)选取顶端从上往下第4~6片成熟叶片用锡箔纸包裹立即投入液氮中-80℃下储存, 每个处理3次生物学重复, 送四川帕诺米克生物科技有限公司进行RNA的提取及测序分析。
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