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4
木薯叶中DEGs的KEGG富集前20通路 a: ZY vs BJ DEGs富集的KEGG通路; b: JY vs ZY DEGs富集的KEGG通路; c: JY vs BJ DEGs富集的KEGG通路。纵轴代表富集的KEGG通路, 横轴代表富集基因的比率, 点大小代表路径中富集的基因数。
正文中引用本图/表的段落
为探索卷叶木薯叶片变异的基因功能分类和代谢途径, 在KEGG数据库中对DEGs功能进行注释, 对KEGG富集结果FDR<0.05的通路进行分析。ZY vs BJ中106个DEGs得到了注释, 共同富集的KEGG代谢通路有15条, 上调表达DEGs共同富集到40条通路, 包括苯丙素的生物合成(phenylpropanoid biosynthesis)、植物-病原互作(plant-pathogen interaction)、植物激素信号转导(plant hormone signal transduction)等通路; 下调表达DEGs共同富集到24条通路, 包括淀粉和蔗糖代谢(starch and sucrose metabolism)、植物激素信号转导氰氨基酸代谢(cyanoamino acid metabolism)等通路, 从总体差异基因来看主要富集于, 苯丙素的生物合成、淀粉和蔗糖代谢和植物激素信号转导3条通路(图4-a)。
JY vs ZY共同富集的KEGG代谢通路有37条, 上调表达DEGs共同富集到66条通路, 包括淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、内质网中的蛋白质加工(protein processing in endoplasmic reticulum)等通路; 下调表达DEGs共同富集到62条通路, 包括植物-病原互作、苯丙素的生物合成, 植物MAPK信号传导通路(MAPK signaling pathway-plant)等通路, 从总体差异基因来看主要富集于, 苯丙素的生物合成、植物-病原互作和植物激素信号转导3条通路(图4-b)。
JY vs BJ共同富集的KEGG代谢通路有29条, 上调表达DEGs共同富集到65条通路, 包括内质网中的蛋白质合成、植物激素信号转导和植物MAPK信号传导通路等通路; 下调表达DEGs共同富集到35条通路, 包括植物激素信号转导、植物-病原互作、内质网中的蛋白质合成等通路, 从总体差异基因来看主要富集于, 植物激素信号转导、内质网中的蛋白质加工、半胱氨酸和蛋氨酸代谢(cysteine and methionine metabolism) 3条代谢通路(图4-c)。
本文的其它图/表
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