一个新的黄瓜叶色突变体鉴定、初定位及转录组分析 植物学报    2025, 60 (4): 515-532.   DOI: 10.11983/CBB24112

图7 与ycl表型相关的差异表达基因(DEGs)
(A) 涉及光合作用的DEGs; (B) 涉及类黄酮生物合成的DEGs; (C) 涉及花青素转运的DEGs; (D) 编码转录因子的DEGs。WT: 野生型; LHCP: 叶绿素a/b结合蛋白; PC: 质体蓝素; PEPC: 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶; Chlase1: 叶绿素酶1; SAT: 司替木丹碱-O-乙酰转移酶; CCoAMT: 咖啡酰辅酶A-3-O甲基转移酶; GST: 谷胱甘肽S-转移酶; MATE: 多药和有毒物排出家族

正文中引用本图/表的段落

为进一步揭示黄化致死表型形成的原因, 对高度相关的差异表达基因进行筛选分析。在转录组差异表达基因中, 发现5个参与光合作用的关键基因(图7A), 分别为1个编码叶绿素a/b结合蛋白(chlorophyll a/b binding protein, LHCP)的基因、2个编码质体蓝素(plastocyanin, PC)的基因、1个编码磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)且富集于光合生物中的碳固定基因和1个编码叶绿素酶1 (Chlase 1)的基因。与野生型相比, 前4个基因在突变体ycl中表达下调, 后1个基因表达上调。

类黄酮被划分为六大类, 其在植物体内以黄酮、查尔酮、花青素和前花青素等多种形式存在, 类黄酮物质不仅影响植株的呈色, 还是植物抗逆过程中的重要物质。本研究中, 通过转录组测序发现类黄酮生物合成通路上存在2个DEGs (图7B), 其中编码黄酮3′,5′-甲基转移酶(如咖啡酰辅酶A-3-O甲基转移酶 (trans-caffeoyl-CoA 3-O-methyltransferase, CCoAMT))的基因上调, 编码Vinorine合成酶(如司替木丹碱-O-乙酰转移酶(stemmadenine O-acetyltransferase, SAT))的基因显著下调, 说明突变体ycl中黄酮类物质的合成代谢受到调控, 影响了叶片呈色。前人研究发现, 花青素完成聚合需要先与转运蛋白结合。多药和有毒物排出家族(multidrug and toxic compound extrusion, MATE)转运蛋白和谷胱甘肽S-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)被证实参与花青素的转运过程, GST还在植物生长发育和非生物胁迫响应中发挥多种作用。我们在转录组差异表达基因中发现5个参与此过程的关键基因, 2个基因编码GST, 3个基因编码MATE转运蛋白(图7C), 编码ABC转运蛋白的基因表达下调也表明突变体中活性氧高度积累, 说明ycl的花青素跨膜或囊泡转运及抗氧化功能受到一定影响。转录因子也可能是导致突变体产生叶色突变的重要指标之一, 转录组测序分析发现ycl及其野生型之间存在7个编码转录因子的差异表达基因(图7D), 5个编码bHLH转录因子, 且全部下调表达, 2个编码MYB转录因子, 说明突变体的花青素含量发生变化, 极有可能影响了叶片呈色。

本文的其它图/表

• 表1 qRT-PCR引物
  
• 图1 ycl与XYYH-3-1黄瓜子叶期表型变化比较
  (A) 4、5、6、7、8和14天野生型(WT)和ycl表型变化(自然光); (B) 第7天苗龄时2组WT和ycl表型差异(黑暗处理7天); (C) 第8天苗龄时2组WT和ycl表型差异(光照培养1天)。Bars=1 cm
  
• 表2 ycl与XYYH-3-1黄瓜子叶期(7天)的农艺性状
  
• 图2 ycl与XYYH-3-1叶绿素及其合成中间代谢产物的含量
  (A) 叶绿素合成中间代谢产物的相对含量; (B)光合色素含量。WT: 野生型; 5-ALA: 5-氨基乙酰丙酸; PBG: 胆色素原; Urogen III: 尿卟啉原III; Coprogen III: 粪卟啉原III; Proto IX: 原卟啉IX; Mg-Proto IX: Mg-原卟啉IX。*表示差异显著(t检验, P<0.05); **表示差异极显著(t检验, P<0.01); ns表示差异不显著。
  
• 表3 ycl和XYYH-3-1叶片的光合色素含量
  
• 图3 ycl和XYYH-3-1叶片的显微结构及叶绿体超微结构
  (A), (B) 野生型子叶显微结构; (C), (D) 突变体子叶显微结构; (E), (F) 野生型叶绿体超微结构; (G), (H) ycl叶绿体超微结构。(F)是(E)中红色圆圈中的叶绿体放大版。(H)是(G)中红色圆圈中的叶绿体放大版。Sg: 淀粉粒; TH: 类囊体; GL: 基粒片层; O: 嗜锇体
  
• 表4 ycl和XYYH-3-1植株的光合作用参数
  
• 图4 ycl和XYYH-3-1植株的抗氧化物酶活性及丙二醛含量
  (A) 超氧化物歧化酶(SOD)活性; (B) 过氧化物酶(POD)活性; (C) 丙二醛(MDA)含量。WT: 野生型. **表示差异极显著(t检验, P<0.01)。
  
• 图5 突变基因的初定位及筛选
  (A)-(C) 单核苷酸多态性分布((A) 第18号群体; (B) XY子叶群体; (C) XY真叶群体); (D) CsaV3_3G001980相对表达量(**表示差异极显著, t检验, P<0.01); (E)-(G) SNP index峰图((E) 第18号群体; (F) XY子叶群体; (G) XY真叶群体)。WT: 野生型; SNP: 单核苷酸多态性
  
• 表5 ycl突变位点初定位区间内基因
  
• 图6 ycl与XYYH-3-1间的RNA-Seq分析
  (A) 差异表达基因火山图; (B) 差异表达基因KEGG途径富集散点图; (C) GO term二级分类统计结果; (D) 转录组结果的qRT-PCR验证。BP: 生物过程; MF: 分子功能; CC: 细胞组分; WT: 野生型; DEG: 差异表达基因; FPKM: 每千碱基转录本每百万映射片段数; FC: 倍性变化。**表示差异极显著(t检验, P<0.01)。