基于转录组测序的浙贝母鳞茎发育分析及CKXs功能验证

Analysis of bulb development of Fritillaria thunbergii based on transcriptome sequencing and gene function verification of CKXs

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摘要目的探知浙贝母Fritillaria thunbergii("浙贝1号"与"浙贝3号")2个品种鳞茎形成与发育产生差异的分子机制,对"浙贝1号"与"浙贝3号"进行转录组测序,挖掘导致差异形成的关键基因.方法以"浙贝1号"和"浙贝3号"成熟期鳞茎为材料,采用Illumina HiSeq高通量测序平台进行转录组测序,组装与注释后进行差异基因的富集并筛选与鳞茎发育相关的基因,对获得的候选基因进行功能验证.结果转录组测序后共获得35 509个Unigene注释信息,其中差异表达基因共295个.对京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)、基因本体论(gene ontology,GO)、同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,KOG)富集结果进行筛选,获得了 132 个与鳞茎形成及发育相关的候选基因,涉及淀粉合成、蛋白质合成、植物激素及信号转导.淀粉合成相关基因与鳞茎膨大相关.淀粉与蛋白质的合成可能是新鳞茎形成的物质基础.与赤霉素(gibberellin,GA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、细胞分裂素(cytokinin,CTK)和吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)相关DEGs可能是浙贝3号鳞茎繁殖系数提高的原因.通过浙贝母鳞茎内源激素与质量的相关性分析,发现"浙贝1号"与"浙贝3号"鳞茎中CTK与质量呈极显著正相关.对筛选出的CKX3和CKX9进行生物信息学分析,结果显示2个基因都符合细胞分裂素脱氢酶的基本特征.在本氏烟草上进行瞬时过表达及亚细胞定位实验,结果显示CKX3和CKX9表达量提高且能降低CTK的含量,GFP信号定位在细胞膜上.结论通过对"浙贝1号"和"浙贝3号"转录组测序,初步揭示了导致繁殖系数及形态特征产生差异的候选基因,并对CKX3和CKX9进行了功能验证,可为浙贝母鳞茎发育研究提供科学依据.