谷子穗发育期转录组与叶酸代谢谱联合分析

作者：马贵芳; 满夏夏; 张益娟; 高豪; 孙朝霞; 李红英; 韩渊怀; 侯思宇^*

来源：作物学报, 2021, 47(05): 826-846.

• 谷子
• 叶酸
• 转录组
• 代谢组

植物叶酸(Folate, FA)参与细胞内一碳单位转移反应,是能量代谢、氨基酸和核酸合成的重要供体。前期我们发现,谷子籽粒叶酸含量高于其他禾谷类作物,但叶酸代谢组分特征目前尚不清楚。本研究以‘晋谷21’为试验材料,对3个穗发育期小穗进行叶酸代谢组分析;通过RNA-seq分析穗发育期差异表达基因及叶酸合成途径相关代谢通路,探究叶酸组分与叶酸代谢途径基因表达模式及其与可变剪切的相关性,同时预测分析叶酸合成途径基因的蛋白互作网络。结果表明,总叶酸含量随穗发育阶段呈下降趋势;5-甲基四氢叶酸(5-methyltetrahydrofolate,5-M-THF)和10-甲酰叶酸(10-formylfolicacid,10-F-FA)是穗发育期的主要组分。17个叶酸合成关键基因表达模式可划分为2个不同类群。转录起始区域(transcription start site, TSS)和转录终止区域(transcription terminal site, TTS)可变剪切是叶酸合成关键基因在穗发育3个时期均发生的可变剪切类型,外显子跳跃型(exonskipping,ES)、内含子滞留型(intron retention, IR)和可变5’或3’端剪切(alternative exon ends, AE)是特有类型。同时发现叶酸合成、一碳代谢和激素信号传导途径关键基因与叶酸组分差异具有相关性,初步推测谷子穗发育过程叶酸合成途径及偶联途径相关基因的表达一定程度影响叶酸含量变化,其中ADCS、DHFR2和GGH基因的差异表达可能为影响谷穗叶酸含量的主要原因,可作为利用遗传工程提高谷子叶酸含量及生物强化分子育种的关键靶基因。

• 单位
  生命科学学院; 山西农业大学