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
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3
木薯叶中DEGs的GO富集前10条目
a: ZY vs BJ DEGs富集的GO条目; b: JY vs ZY DEGs富集的GO条目; c: JY vs BJ DEGs富集的GO条目。纵轴表示基因的数量, 横轴表示GO条目。
正文中引用本图/表的段落
对得到的目标基因进行GO功能富集注释能够确定差异基因行使的主要生物学功能, 包括生物过程(biological process, BP)、细胞组分(cellular component, CC)和分子功能(molecular function, MF) 3个类别。ZY vs BJ中DEGs富集到1738个GO条目上, 其中BP、CC、MF分别有1275、135、328个, 分别占比73.36%、7.77%、18.87%。各组分中富集最显著的前10个Term (图3-a), BP中主要富集在对化学物质的反应(response to chemical)、刺激反应(stimulus response)、对有机物质的反应(response to organic substance)、对外界刺激的反应(response to external stimulus)、跨膜运输(transmembrane transport)等方面; CC中主要富集在质膜的组成部分(integral component of plasma membrane)、质膜的内在成分(intrinsic component of plasma membrane)、膜的组成成分(integral component of membrane)、细胞外围(cell periphery)等方面; MF中主要富集在跨膜转运蛋白活性(transmembrane transporter activity)、运输活动(transporter activity)、酰基二磷酸合酶活性(ent-copalyl diphosphate synthase activity)、无机分子实体跨膜转运活性(inorganic molecular entity transmembrane transporter activity)等方面。
JY vs ZY中DEGs富集到2872个GO条目上。其中BP、CC、MF分别有2059、262、551个, 分别占比71.69%、9.12%、19.19%。各组分中富集最显著的前10个Term (图3-b), BP中主要富集在对其他生物的反应(response to other organism)、对外部生物刺激的反应(response to external biotic stimulus)和生物刺激的反应(response to biotic stimulus); CC中主要富集在与细胞膜相关的条目, 包括等离子体膜(plasma membrane)、膜和细胞外围; MF中显著富集到膜运输和酶活动有关的条目, 包括“跨膜转运蛋白活性”和“运输活动”。表明发生变异的木薯叶片和其他正常的卷叶相比, 跟外部环境刺激导致的跨膜运输活动发生变化有关。
JY vs BJ中DEGs富集到2547个GO条目上, 其中BP、CC、MF分别有1831、207、509个, 分别占比71.89%、8.13%、19.98%。各组分中富集最显著的前10个Term (图3-c), BP中主要富集在化学反应(chemical reaction)、刺激反应、对内源性刺激的反应(response to endogenous stimulus)等方面; CC中主要富集到了与细胞膜相关的条目, 包括质膜的组成部分、质膜的内在成分、膜的组成部分、膜的固有成分(intrinsic component of membrane)等方面; MF中主要富集在跨膜转运蛋白活性、运输活动、无机阴离子跨膜转运体活性(inorganic anion transmembrane transporter activity)、无机分子实体跨膜转运活性等方面。
本文的其它图/表
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