小豆野生型与缺铁敏感突变体转录组比较分析

【作者】 王均帅； 杨凯； 赵波； 李奕松； 万平；

【机构】 北京农学院；

【摘要】 【研究背景】小豆(Vigna angularis),俗名红小豆、赤豆等,起源于中国,是重要的食用豆之一。小豆是双叶子植物,主要采用以"还原"为主的铁吸收机理I。然而在碱性土中,铁元素多以溶解性极低的三价铁盐状态存在,这是一种生物低效型态,限制了机理I植物对铁离子的吸收。我国北方地区土壤偏碱性,在生产中小豆缺铁性黄化现象较为普遍,易造成减产,缺铁性黄化成为亟待解决的问题。迄今为止,有关小豆缺铁性黄化分子机理研究鲜见报道;【材料与方法】本研究以小豆栽培品种京农6及其缺铁敏感型突变体EMY009为材料,比较分析缺铁胁迫处理的野生型和突变体转录组,EMY009是京农6经钴60辐射诱变而来。缺铁处理3d后,通过第二代测序技术对两材料的根、茎、叶组织进行比较转录组学分析。【结果与分析】从根茎叶三个组织中分别筛选到1484、1399、1080个差异表达基因,其中根部差异表达基因最多,最活跃。GO注释发现差异基因分子功能主要集中于催化活性及结合和运输活性,细胞组件分类主要集中于细胞膜和细胞器上,生物学功能主要集中于代谢过程、应激反应和单生物过程。对差异基因进一步研究,发现:(1)HLH家族和WRKY家族转录因子表达差异显著,且各表达通路在不同组织间表达模式各不相同,尽管前人在铁吸收机理研究中未曾报道过WRKY家族相关基因,但经功能预测发现,铁吸收机理I的部分下游功能基因启动子区域存在受WRKY家族基因调控的W-box区;(2)香豆素、黄酮类、柠檬酸、抗坏血酸的合成途径基因差异表达显著。近年来,随着根系研究的逐步深入,发现根部有机物的分泌对于铁离子的吸收有重要意义;(3)RNA转运、监视及降解相关通路基因表达有显著差异,可见应激反应过程中基因在转录水平的活动更为活跃;(4)植物激素调控通路基因表达发生改变,包括乙烯途径的EIN3、赤霉素的DELLA、茉莉酸途径的MYC2等基因。【结论】缺铁条件下,京农6号与缺铁敏感突变体EMY009的差异表达基因主要集中于转录因子、根系分泌物合成、mRNA活动及激素调控等,且表达模式具有组织特异性,因此组织特异性调控模型将会成为分子机制研究的重要方向。更多还原