多组学数据揭示控制纤维品质的遗传调控网络和代谢基础

【作者】 李中华； 王鹏程； 王茂军； 张献龙； 涂礼莉；

【机构】 作物遗传改良国家重点实验室/华中农业大学；

【摘要】 纤维品质是决定棉花经济效益的重要指标。为了解析控制棉花纤维品质的遗传调控网络和代谢基础,进行了转录组、代谢组、糖组多组学数据分析。首先,对251份材料开花后15 d(15 DPA)的纤维进行了转录组分析,结合纤维品质全基因组关联分析(GWA S)结果,优化出13个可能的纤维品质因果基因。远端表达数量性状位点(e QTL)分析发现棉花亚基因组之间存在特异的遗传调控模式,其中Hot216位点调控962个基因的表达。Hot216位点调控与细胞壁合成相关基因的表达,介导纤维从快速伸长期到次生壁合成之间的转换,最终影响纤维长度。进一步的转录组与纤维品质相关性分析发现:15 DPA纤维中氮代谢尤其是蛋白质代谢富集与纤维品质正相关,细胞壁合成相关代谢过程富集与纤维品质负相关。因此,进一步对279份材料15 DPA纤维进行了广泛靶向代谢组测定。相关性分析发现,氨基酸及多肽类物质的含量与纤维品质显著正相关。mGWAS分析发现,A6和A12染色体上各存在1个mhot位点与以氨基酸类及多肽类物质为主的109种代谢物显著关联。其中mhotA6位点可能编码了1个半胱氨酸肽酶。eQTL分析发现,该半胱氨酸肽酶受到mhotA12位点的调控。对这109种代谢物与转录组相关性分析发现,这109种代谢物含量与超长链饱和脂肪酸合成过程正相关,而与细胞壁合成过程负相关。同时对184份材料20 DPA纤维样品进行细胞壁单糖和多糖成分分析,发现多种多糖成分与纤维长度、断裂比强度和马克隆值等指标显著相关。通过GWAS分析挖掘到多个决定多糖成分的候选基因位点,其中D11染色体上1个显著的QTL位点调控了8种多糖成分的含量,并且与纤维长度性状显著关联。更多还原