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摘要
【目的】结合代谢组和转录组技术,分析香稻和非香稻不同发育时期籽粒中γ-氨基丁酸(GABA)和2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)代谢通路主要化合物和基因的动态变化,为高含量GABA和2AP的水稻育种提供理论依据。【方法】本研究收集优质香籼稻美香占2号和优质籼稻黄华占花后8d(乳熟期)、花后15d(蜡熟期)、30d(完熟期)的脱壳籽粒和花后40d收获的籽粒的精米,对各样本采用LC-MS/MS和RNA-seq技术进行代谢产物检测和转录表达分析,分析两个水稻品种GABA和2AP代谢通路相关化合物的空间分布以及含量变化特征。【结果】代谢组数据PCA分析表明两个水稻品种乳熟期籽粒和花后40d收获的籽粒的精米明显分离,蜡熟期和完熟期籽粒分离不明显。代谢组共鉴定出623种代谢物,四个时期差异代谢物合计161个。GABA和2AP通路中9个代谢物被检出,两个水稻品种的相关代谢物变化趋势相似,其中腐胺主要定位于籽粒的糊粉层,而亚精胺在内胚乳特异累积。转录组共检出3.3万个左右基因,其中检出GABA通路18个酶中的14个酶对应的基因有较高的表达水平,除Badh2外其他基因均不是差异表达基因,同一基因在两份水稻材料中的表达水平和变化趋势相似,GAD1、GABA-T1、DAO4和PAO4在相应同源基因中表达水平较高。黄华占籽粒中L-精氨酸和腐胺的代谢在蜡熟期已基本结束,美香占2号在籽粒整个发育期具有持续较强的多胺降解水平。美香占2号籽粒具有合成2AP的物质基础,多胺降解途径和谷氨酸-脯氨酸转化通路同时有助于2AP的积累。【结论】水稻籽粒GABA代谢以降解为主,GABA-T1和GABA-T2共同调控GABA的降解。GABA相关代谢物主要集中在糊粉层,黄华占籽粒中代谢物分布和基因表达特征与美香占2号相似,美香占2号籽粒成熟过程中具有持续较高的线粒体活性。
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单位广东省水稻育种新技术重点实验室; 广东省农业科学院水稻研究所
