SO_2引起巨峰葡萄采后落粒的共表达网络和转录调控分析

作者：杨盛迪; 孟祥轩; 郭大龙; 裴茂松; 刘海楠; 韦同路; 余义和^*

来源：中国农业科学, 2022, 55(11): 2214-2226.

• 葡萄
• 脱落
• GCN
• 转录因子
• 调控

【目的】二氧化硫（SO_2）处理可有效防治葡萄灰霉病和采后腐烂，但会导致浆果脱落，研究SO_2引起葡萄浆果脱落的分子机制，明确关键基因和转录调控机制。【方法】使用SO_2处理‘巨峰’葡萄，分别在2、4和6 d进行采样并统计对照组（CK）和SO_2处理组的葡萄浆果脱落率。通过高通量测序技术对CK对照组和SO_2处理组‘巨峰’葡萄采后2、4和6 d的样品测序，以葡萄基因组作为参考基因组进行序列比对，利用TPM算法计算基因表达量，使用基因集富集分析（GSEA）、基因共表达网络（GCN）以及转录调控网络预测方法对转录组数据进行系统的分析，并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对其表达量进行验证。【结果】SO_2处理能够显著诱导葡萄浆果脱落，2 d时，SO_2处理的葡萄浆果脱落率为9.88%,4 d时达到19.24%，且均显著高于对照组，6 d时脱落率达到38.25%，而对照组脱落率仅11.85%。通过GSEA分析，发现在CK组富集的GO生物过程主要与氧化应激反应、细胞壁代谢以及苯丙氨酸代谢通路相关，其中4 d时CK组富集到植物细胞壁组织、果胶代谢、细胞壁修饰、聚半乳糖醛酸等通路。在SO_2组富集的GO生物过程主要与能量代谢通路相关，其中2 d时在SO_2组富集到光合作用、四吡咯代谢、前体代谢物和能量的产生、葡萄糖代谢等通路。CK组富集的KEGG代谢通路主要有戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换、半乳糖代谢、植物激素信号转导、柠檬酸循环（TCA循环）等，SO_2组有光合作用、柠檬酸循环（TCA循环）、糖酵解等。GCN将GSEA分析中的领头基因分为12个水平，水平4—9均富集到了能量代谢、糖代谢相关通路，其中水平4富集到激素反应、氧化应激反应。对GCN关键水平中的基因启动子序列进行转录调控预测分析，结果显示95个转录因子（TFs）与269个靶基因存在987对调控关系。WRKY14、WOX8、KUA1在SO_2处理下持续下调，MYB60、MYB73、ANL2、ERF2、DOF3.6、GATA25、WRKY57、KAN2、ATHB6在SO_2处理后持续上调。此外，MYB15、WRKY11、WRKY33、WRKY40、WRK75先上调后下调。ERF2、MYB60和WRKY40的转录调控网络发现调控的靶基因涉及细胞壁代谢、糖代谢等相关途径。qRT-PCR结果显示PME36和ERF2上调表达趋势相似，GAUT7、MYB60、UGE3上调表达趋势相似，此外，WRKY40在SO_2处理的2和4 d被诱导上调，PPME1、COMT1表达持续下调，SO_2处理4 d时LAC15被显著诱导上调。【结论】SO_2诱导营养物质代谢、能量代谢、细胞壁代谢途径相关基因的表达，该过程受到多种转录因子调控，最终导致葡萄浆果脱落。

• 单位
  河南科技大学; 园艺与植物保护学院