龙眼花芽诱导过程内源激素、mRNA-lncRNA转录组分析及TFL1启动子研究

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植物花芽分化需要在一定外界因素(如光照、温度)和内在因子(如年龄、激素含量)的诱导下启动。花芽的分化主要有两个时期:其一花芽诱导(生理分化)期是指芽生长点转向形成花芽的生理状态过程;其二形态分化期是指花芽发育的形态变化过程。龙眼(Dimocarpus longan L.)是无患子科龙眼属的一种亚热带木本果树,经济价值较高,其花芽分化与产量息息相关,特别是花芽诱导阶段。研究龙眼花芽诱导过程外界环境和内部因素之间的相关性和调控机制,对于了解木本果树的成花诱导分子机制,调控龙眼花芽分化具有十分重要的意义。本文通过对‘立冬本’龙眼花芽诱导过程(9月-次年1月)进行内源激素测定、转录组测序和lncRNA测序,结合共表达分析,鉴别龙眼花芽诱导的关键基因和调控通路,主要研究内容如下:1.通过对内源激素含量进行分析,发现从B1时期到B5时期:c Z,DZ,IP含量均先上升后下降,在B4时期含量达到最高,而t Z与前三者相比,含量较高,且先下降后上升,在B4时期达到最低。赤霉素中GA1和GA3含量相对高于GA9和GA15;GA1含量不断上升,在B5时期达到最高水平;GA3和GA9含量均在B4时期达到最高,而GA15整体变化不大。生长素IAA、ICA和ICAld含量在B3-B4时期显著升高,而ME-IAA在B3-B4时期显著降低。ACC含量在B1时期最高,在B4时期次之,B2-B3时期含量较低。由此说明高水平的ACC、ICA、IAA、ICAld、GA1、GA3、GA9、c Z、DZ、IP能够促进龙眼花芽分化,而t Z和ME-IAA含量的降低有利于龙眼花芽诱导。2.mRNA转录组测序结果显示,有效数据高达99.07%,Q30碱基百分比在93.92%以上,错误率低于1%,Q20%碱基百分比超过97.96%,错误率低于1%,各库GC含量在44.06%~49.81%之间,说明转录组测序文库质量较高。对34702个lncRNA进行了分析,包括转录本的长度、ORF的长度、外显子的数目和表达水平,结果表明筛选出的lncRNA符合一般特征。3.差异表达基因分析表明,龙眼花芽诱导5个时期共鉴定出7221个DEmRNA和3238个DElncRNA。DEmRNA的KEGG结果表明植物激素信号传导、淀粉与蔗糖代谢、昼夜节律代谢等通路可能在龙眼花芽诱导过程具有重要调控作用。4.在植物激素信号传导途径鉴定到94个DEmRNA和31个DElncRNA;淀粉与蔗糖代谢途径鉴定到39个DEmRNA和15个DElncRNA;昼夜节律调控通路鉴定到20个DEmRNA和5个DElncRNA。荧光定量结果表明,12个mRNA和5个lncRNA五个时期的表达趋势与测序结果基本一致,也表明了转录测序与lncRNA测序的准确性。5.对7221个差异表达mRNA进行转录因子预测,鉴定到216个转录因子,分析表明MYB、BHLH、ERF、NAC、WRKY、b ZIP、ARF和AP2等家族可能参与对龙眼花芽诱导的调控。6.共表达分析表明,“darkred”模块和“black”模块与B1时期高度相关,“yellow”模块与B4时期高度相关。模块KEGG显示,“black”模块显著富集淀粉与蔗糖代谢通路和植物激素信号传导代谢通路基因;“darkred”模块显著富集淀粉与蔗糖代谢通路基因;“yellow”模块显著富集淀粉与蔗糖代谢、昼夜节律和植物激素信号传导通路基因。模块共表达网络分析表明,“darkred”和“black”模块存在植物激素通路-淀粉与蔗糖代谢调控通路关联,参与营养积累;“yellow模块”存在昼夜节律-植物激素-淀粉与蔗糖调控通路参与龙眼花芽生理分化。7.TFL基因是花芽诱导途径的重要基因。克隆了八份龙眼材料TFL1-1基因的启动子,序列分析表明启动子序列存在多态性位点。特别值得注意的是临近转录起始ATG位点的CT-rich调控元件上,‘四季蜜’存在较多的CT重复序列缺失。
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