基于转录组分析鉴定甘蓝型油菜开花候选基因以及BnaCOR27功能验证 作物学报    2025, 51 (10): 2693-2704.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.55008

图3 热图显示与开花相关的差异表达基因的表达量
A: 上调差异基因的表达量热图; B: 下调差异基因的表达量热图。

正文中引用本图/表的段落

将差异基因于油菜Darmor-bzh参考基因组v.4.2中进行比对, 得到其基因序列后在拟南芥基因组数据库中确认基因功能, 得到96个与开花相关的基因。在这96个基因中, 有56个上调表达基因, 包括BnaTOC1-A03、BnaTOC1-C09、BnaVIN3-A02、BnaVIN3-A03、BnaVIN3-C02和BnaVIN3-C03等(图3-A); 有40个下调表达基因, 包括BnaFLC-A02、BnaFLC- A03、BnaFLC-A03、BnaFLC-A10、BnaFLC-C03、BnaFLC-C09等春化相关的基因(图3-B)。这些基因的表达变化与春化处理密切相关, 反映了春化对开花相关基因表达调控的复杂性和多样性。热图分析结果为进一步探究甘蓝型油菜开花调控的分子机制提供了丰富的数据基础和重要线索。这些与开花相关的差异表达基因及其表达变化模式, 有助于揭示春化调控开花的精确分子机制, 为油菜花期改良提供理论依据和潜在的基因资源。

结合转录组分析春化前后的7份甘蓝型油菜的数据, 本研究初步筛选出554个上调基因和751个下调基因。GO富集分析结果显示, 这些基因分别显著富集到昼夜节律途径、冷响应、光周期途径、花发育以及春化途径等, 充分说明这些候选基因在油菜春化和开花调控过程中发挥着重要作用。通过与拟南芥基因功能数据库比对, 确定了96个与开花相关的差异表达基因, 其中上调基因包括BnaTOC1- A03、BnaTOC1-C09、BnaVIN3-A02、BnaVIN3-A03、BnaVIN3-C02和BnaVIN3-C03等过程中, 下调表达基因包括BnaFLC-A02、BnaFLC-A03、BnaFLC-A03、BnaFLC-A10、BnaFLC-C03、BnaFLC-C09等春化相关的基因(图3)。共表达网络结果显示, BnaCOR27- C04作为一个核心基因与这些基因直接相连。众所周知, BnaCO-C09、BnaTOC1-A03、BnaTOC1-C09等上调表达基因在植物昼夜节律调控中发挥关键作用, 它们是生物钟核心振荡器的关键组成部分, 通过调节下游基因的表达来响应光周期变化, 影响开花时间[44]。另外, VIN3基因参与FLC的组蛋白修饰过程, 是春化途径中的重要调控因子[16-17], 春化处理诱导BnaVIN3基因表达上调, 其编码的蛋白与FLC的染色质修饰酶相互作用, 改变FLC基因位点的染色质状态, 进而抑制FLC的表达, 从而导致FLC基因下调表达; 而FLC在开花调控中起核心抑制作用, 它通过直接抑制FT和SOC1的转录, 延迟开花[14-15], 在未春化的状态下, BnaFLC维持较高表达水平, 抑制植株开花。春化处理后, BnaFLC表达显著下调, 解除了对开花的抑制, 使植株具备开花的条件。这一表达变化与春化促进开花的现象高度一致, 进一步验证了BnaFLC在开花调控中的关键地位。这些结果显示, BnaCOR27-C04作为一个核心基因, 与春化和光周期等路径基因形成了潜在分子网络调控甘蓝型油菜开花期。

本文的其它图/表

• 图1 差异基因火山图
  纵坐标代表差异表达显著性, 横坐标代表基因表达量变化倍数, 红色点代表上调差异基因, 蓝色点代表下调差异基因。
  
• 图2 差异表达基因GO富集分析
  A: 上调基因GO富集分析; B: 下调基因GO富集分析。
  
• 图4 显著相关区域候选基因的分析
  A: 全基因组关联分析检测到单体型区域(16,048,376~16,594,153 bp)与开花期显著关联。红点表示BnaCOR27-C04中的SNP与开花期关联, 虚线表示显著性阈值; B: BnaCOR27-C04基因区域2个等位基因对应的表型分析。通过t检验分析等位基因座之间的差异。
  
• 图5 共表达网络分析
  A: 模块系统树图; B: 模块与春化相关性; C: 基因网络图。根据功能标注, 网络分为春化途径(粉色节点)、光周期途径(橙色节点)、花发育相关(淡紫色节点)、激素途径(深绿色节点)、低温途径(蓝绿色节点)、昼夜节律途径(翠绿色节点)、自主途径(紫色节点)和其他与开花有关的基因(灰色节点)。
  
• 图6 转基因植株靶点突变序列分析及开花表型
  A: BnaCOR27在A09染色体的敲除载体以及靶点突变情况示意图; B: BnaCOR27在C09染色体的敲除载体以及靶点突变情况示意图; C: 敲除突变体植株CAS:BnaCOR27-T3及对照植株ZS6开花时间表型图片; D: 敲除突变株系CAS:BnaCOR27-T3及对照植株ZS6开花时间柱状图; **: P < 0.01。在A09染色体上出现大片段缺失, C09染色体上插入单碱基。敲除突变体植株CAS:BnaCOR27-T3相较于对照植株ZS6开花时间提前约6.54 d。ZS6: 中双6号。标尺为5 cm。
  
• 图7 CAS:BnaCOR27-T3转基因植株转录组差异基因分析
  A: CAS:BnaCOR27-T3转基因材料差异基因火山图; B: CAS:BnaCOR27-T3转基因材料GO富集分析; C: CAS:BnaCOR27-T3转基因材料转录组差异基因表达量分析。ZS6: 中双6号。