大廠茶紫芽品系P113不同季節(jié)花青素調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)分析

劉霞，李芳，宋勤飛，牛素貞，呂立堂

大廠茶紫芽品系P113不同季節(jié)花青素調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)分析

劉霞，李芳，宋勤飛，牛素貞*，呂立堂

貴州大學(xué)茶學(xué)院，貴州 貴陽 550025

為明確大廠茶紫芽品系P113在不同季節(jié)花青素積累的分子機(jī)理及合成途徑上相關(guān)基因的表達(dá)特點(diǎn)，對(duì)春、夏、秋3個(gè)季節(jié)的P113一芽二葉進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組（RNA-Seq）和代謝組（UHPLC-MS/MS）分析。結(jié)果顯示，檢測(cè)到的10種花青苷衍生物含量隨季節(jié)變化，其中4種隨春、夏、秋季節(jié)變化呈上調(diào)表達(dá)，與其葉色表現(xiàn)一致；結(jié)構(gòu)基因表達(dá)模式基本一致，均在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季的表達(dá)量與夏季無顯著差異；酶基因獲得的2個(gè)差異表達(dá)基因均在夏季上調(diào)表達(dá)；表達(dá)模式相似，均在夏季上調(diào)表達(dá)，且各有1個(gè)基因在秋季呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá)；2個(gè)基因中有1個(gè)在夏季下調(diào)表達(dá)，1個(gè)隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)；的13個(gè)基因均在夏季上調(diào)表達(dá)，而在秋季呈現(xiàn)不同表達(dá)模式；修飾基因在夏季和秋季均出現(xiàn)兩種表達(dá)模式；僅獲得1個(gè)差異表達(dá)基因，隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)；3個(gè)基因中有1個(gè)在夏季下調(diào)表達(dá)，在秋季上調(diào)表達(dá)，另2個(gè)僅在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季的表達(dá)量與夏季無顯著差異；獲得的7個(gè)差異表達(dá)基因均在夏季上調(diào)表達(dá)，其中2個(gè)在秋季下調(diào)表達(dá)；調(diào)控基因隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)，對(duì)花青素合成有正向調(diào)控作用。研究表明，大廠茶紫芽品系P113在不同季節(jié)結(jié)構(gòu)基因、修飾基因和調(diào)控基因的表達(dá)具有一定的時(shí)間特性，導(dǎo)致了花青素積累差異。

大廠茶；花青素；差異表達(dá)基因

茶樹是世界三大主要飲料作物之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著人們生活水平的提高，功能性、特色茶樹品種越來越受到關(guān)注。紫芽茶樹品種作為一種富含花青素的特色茶樹資源，其保健功能與高含量的花青素緊密相關(guān)，隨著花青素的功能被逐漸闡明，選育富含花青素的特色紫芽茶樹品種受到研究人員的廣泛關(guān)注[1-3]。近年來在貴州發(fā)現(xiàn)了大量大茶樹資源，表型及生化組分分析發(fā)現(xiàn)，這些資源的遺傳多樣性豐富，在品質(zhì)、抗性、產(chǎn)量等相關(guān)性狀上具有很好的優(yōu)勢(shì)。本課題組前期研究篩選出的紫芽品系P113，其芽葉性狀與目前已知的紫芽品種存在顯著差異，在分類上屬于大廠茶（F. CZhang）。茶樹花青素積累量與芽葉顏色深淺呈正相關(guān)[4]，茶樹葉片花青素的合成、積累和降解隨葉片發(fā)育而變化，受時(shí)間、空間和內(nèi)外因子綜合影響。盡管有一些研究對(duì)茶樹花青素代謝進(jìn)行了初步的探討，部分參與花青素合成的基因已被克隆驗(yàn)證，但茶樹花青素代謝途徑是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，受到多個(gè)代謝途徑的共同影響，由一系列的酶催化完成[5-7]。此外，不同紫芽資源的內(nèi)含成分以及葉色調(diào)控機(jī)理都存在明顯差異，因此很有必要對(duì)特異茶樹資源芽葉的葉色調(diào)控機(jī)理進(jìn)行探索，為后續(xù)的育種應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。目前高通量測(cè)序、基因芯片、代謝組分析和蛋白質(zhì)組分析等技術(shù)已被應(yīng)用到茶樹花青素合成相關(guān)功能基因發(fā)掘領(lǐng)域[8]，篩選到多個(gè)與茶樹次生代謝、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等生物學(xué)進(jìn)程相關(guān)的差異基因，并克隆了編碼類黃酮-甲基轉(zhuǎn)移酶和類黃酮3'-羥化酶的基因[9-11]。

為進(jìn)一步揭示花青素合成的遺傳機(jī)制，本研究以大廠茶變異紫芽品系P113為材料，采用新一代高通量測(cè)序技術(shù)（RNA-Seq），研究其芽葉在不同季節(jié)發(fā)育過程中紫化程度和花青素生物合成相關(guān)基因的表達(dá)情況，篩選出茶樹花青素合成途徑相關(guān)基因，并進(jìn)行功能注釋，解析花青素生物合成及類黃酮生物代謝途徑的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，預(yù)測(cè)控制花青素合成的差異基因，并對(duì)差異基因進(jìn)行GO與KEGG富集分析，為今后進(jìn)行茶樹葉片花青素合成相關(guān)基因的克隆和功能驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

以紫芽品系P113為材料，選自普安縣野生型茶樹群體種，種植在普安縣貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)。其表型特征為喬木型，子房5室、無毛，柱頭5裂，果實(shí)梅花形，頂芽無毛，花白色，直徑5.8?cm，葉片革質(zhì)、長14.2?cm、寬6.8?cm（圖1）。材料常規(guī)水肥管理，于取材前半年進(jìn)行修剪后封園，于3月中旬（春）、5月中旬（夏）、8月上旬（秋）分別采集長勢(shì)良好、無病蟲害的一芽二葉作為試驗(yàn)材料，各個(gè)時(shí)期材料取兩組，一組微波制備干樣用于代謝組檢測(cè)，一組液氮速凍超低溫冰箱保存用于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.2 花青素組分測(cè)定及總RNA提取

花青素測(cè)定參考李智等[12]方法。大廠茶總RNA提取參照Tri-Reagent試劑盒（武漢貝納科技服務(wù)有限公司）說明書進(jìn)行。從大廠茶芽葉中提取總RNA，采用瓊脂糖凝膠電泳測(cè)試RNA質(zhì)量，用Beads[帶有Oligod（T）]對(duì)mRNA進(jìn)行純化，用Qubit RNA Assay Kit進(jìn)行起始總RNA準(zhǔn)確定量，采用Agilent 2100 BioAnalyzer檢測(cè)RNA的完整性。取完整性好（28?S∶18?S約為2∶1）、A260∶A280為1.8～2.0、質(zhì)量濃度≥200?mg·L-1的RNA樣品，置于–80℃冰箱備用。

1.3 cDNA文庫構(gòu)建與RNA-Seq

選擇質(zhì)量合格的總RNA作為mRNA測(cè)序的建庫起始樣品，Illumina HiSeq TM2000測(cè)序平臺(tái)對(duì)庫檢合格的文庫進(jìn)行測(cè)序獲得raw reads，過濾低質(zhì)量reads后得到clean reads。以舒茶早基因組作為參考基因組，用Trinity軟件通過序列之間的重疊信息組裝得到contigs，局部組裝得到transcripts，用Tgicl和Phrap軟件對(duì)transcripts進(jìn)行同源聚類和拼接得到unigene。文庫構(gòu)建與測(cè)序皆由武漢貝納科技服務(wù)有限公司完成。

1.4 基因差異表達(dá)分析

使用HTSeq軟件統(tǒng)計(jì)樣品的基因表達(dá)水平[13]，樣本合理性選擇皮爾森相關(guān)系數(shù)的平方（2）檢驗(yàn)[14]，采用TMM對(duì)過濾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[15]，采用DESeq對(duì)檢測(cè)得到的基因進(jìn)行差異表達(dá)分析[16]，差異基因的篩選采用FPKM法，篩選閾值＜0.005及|log2Fold change|＞1，log2Fold change＞0，認(rèn)為是上調(diào)表達(dá)，反之為下調(diào)表達(dá)[17]。篩選出的差異表達(dá)基因結(jié)果用火山圖進(jìn)行直觀表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 花青素代謝物組分分析

紫芽品系P113在春、夏、秋3個(gè)季節(jié)的芽葉顏色存在明顯的差異（圖2）。通過對(duì)紫芽品系P113的花青素進(jìn)行檢測(cè)，得到10種花青苷衍生物（表1）。夏季，P113中的矢車菊素-3--咖啡?；碧擒?7--葡萄糖苷、矢車菊素-乙?；咸烟?、矢車菊素--丁香酸、矢車菊素-3--葡萄糖苷、飛燕草素-3--葡萄糖苷、矢車菊素-3,5--二葡萄糖苷、飛燕草素-3--蕓香糖苷、天竺葵素-3--葡萄糖苷含量均高于春季；飛燕草素-3--(3'',6''-二丙二酰葡萄糖苷)和錦葵色素-3--葡萄糖苷含量低于春季。秋季，P113中矢車菊素-3--咖啡?；碧擒?7--葡萄糖苷、矢車菊素-乙?；咸烟恰w燕草素-3--(3'',6''-二丙二酰葡萄糖苷)、錦葵色素-3--葡萄糖苷、飛燕草-3--葡萄糖苷、天竺葵素-3--葡萄糖苷等含量高于夏季，屬于上調(diào)表達(dá)，其余花青苷衍生物含量均低于夏季。

2.2 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序質(zhì)量分析

紫芽品系P113春、夏、秋季葉片RNA-Seq分析結(jié)果顯示（表2），去除帶接頭和質(zhì)量低的reads后，獲得clean reads范圍為54?903?686～85?965?732個(gè)。堿基識(shí)別錯(cuò)誤率均為0.01%，Q20（質(zhì)量值≥20的堿基所占百分比）占整個(gè)reads長度的97.89%以上，Q30（質(zhì)量值≥30的堿基所占百分比）占整個(gè)reads長度的94.03%以上，GC含量在43.16%～44.24%，測(cè)序質(zhì)量較好，符合進(jìn)一步分析要求。

圖1 紫芽品系P113花、果、葉片形態(tài)特征

圖2 紫芽品系P113不同季節(jié)的表型變化

2.3 差異表達(dá)基因相關(guān)性分析

皮爾森（Pearson）相關(guān)性系數(shù)是檢驗(yàn)試驗(yàn)可靠性和樣本選擇是否合理的重要指標(biāo)，相關(guān)系數(shù)越接近1，樣品的相似度越高。對(duì)春、夏、秋3個(gè)季節(jié)基于差異表達(dá)基因的樣品間皮爾森相關(guān)性分析顯示（表3），春季和夏季、春季和秋季、夏季和秋季之間相關(guān)系數(shù)大于0.8，均為顯著或極顯著相關(guān)。3個(gè)季節(jié)樣品生物學(xué)重復(fù)之間相關(guān)系數(shù)均在極顯著范圍。差異表達(dá)基因樣品相關(guān)性顯示，試驗(yàn)的重復(fù)性與可靠性均滿足進(jìn)一步分析的要求。

2.4 不同季節(jié)基因差異表達(dá)分析

通過對(duì)紫芽品系P113的春、夏、秋3個(gè)季節(jié)轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)分析，將相近兩個(gè)季節(jié)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，篩選不同季節(jié)差異表達(dá)基因。結(jié)果顯示，與春季相比，夏季有3?819個(gè)差異表達(dá)基因，其中2?524個(gè)上調(diào)，1?295個(gè)下調(diào)；與夏季相比，秋季有1?768個(gè)差異表達(dá)基因，其中958個(gè)上調(diào)，810個(gè)下調(diào)（圖3）。利用KEGG數(shù)據(jù)庫，將差異表達(dá)基因進(jìn)行功能注釋和富集分析，夏季的差異表達(dá)基因共注釋得到294個(gè)代謝通路，主要涉及光合作用、細(xì)胞周期、黃酮生物合成、花青素生物合成、異黃酮生物合成及苯丙氨酸代謝和苯丙氨酸生物合成等；秋季的差異表達(dá)基因共注釋得到272個(gè)代謝通路，主要涉及調(diào)節(jié)脂肪分解、cAMP信號(hào)通路、黃酮生物合成、花青素生物合成、異黃酮生物合成、苯丙氨酸代謝及苯丙氨酸生物合成等。通過篩選得到3個(gè)與花青素合成有關(guān)的代謝途徑，分別為苯丙氨酸代謝、黃酮生物合成和花青素生物合成，共獲得90個(gè)差異表達(dá)基因。對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行TPIA（http://teaplant.org）茶樹基因組數(shù)據(jù)庫比對(duì)，比對(duì)到參考基因組的有53個(gè)，被注釋為14種酶基因，分別是黃酮生物合成途徑中的10種酶基因，苯丙氨酸代謝途徑中的4種酶基因，花青素合成途徑中的1種，未比對(duì)到參考基因組的差異表達(dá)基因有37個(gè)。

表1 不同季節(jié)P113的花青素組分含量分析

注：相對(duì)定量，通過每個(gè)單個(gè)峰的面積計(jì)算相對(duì)定量。A：春季淡紫色芽葉。B：夏季紫紅色芽葉。C：秋季深紫色芽葉。同行不同字母表示差異顯著（＜0.05）；B vs A：夏季與春季相比。C vs B：秋季與夏季相比。FC：差異倍數(shù)?！硎旧险{(diào)，↓表示下調(diào)

Note: Relative quantification is calculated by the area of each discrete peak. A: lilac buds and leaves, spring. B: purple buds and leaves, summer. C: dark purple buds and leaves, autumn. The different lowercase letters in the same line indicate significant difference (＜0.05). B vs A: summer compared with spring. C vs B: autumn compared with summer. FC: multiple of difference. ↑ indicates up regulation, ↓ indicates down regulation

表2 紫芽品系P113轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

注：A1、A2和A3：春季3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。B1、B2和B3：夏季3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。C1、C2和C3：秋季3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。下同

Note: A1, A2 and A3: three biological repetitions in spring. B1, B2 and B3: three biological repeats in summer. C1, C2 and C3: three biological repeats in autumn. The same below

表3 樣品間的皮爾森相關(guān)系數(shù)

注：*表示顯著差異（＜0.05），**表示極顯著差異（＜0.01）

Note: * indicates a significant difference (＜0.05), ** indicates a very significant difference (＜0.01)

2.5 花青素合成結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)分析

對(duì)紫芽品系P113不同季節(jié)花青素合成相關(guān)酶基因進(jìn)行差異表達(dá)分析，結(jié)果表明（表4），共獲得10個(gè)差異表達(dá)的基因，其表達(dá)模式基本一致，大多在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季與夏季無顯著差異。酶基因獲得2個(gè)差異表達(dá)的基因，其中TEA008357隨著季節(jié)變化表達(dá)量顯著升高，與花青素含量的積累情況基本一致；TEA027829的表達(dá)量夏季高于春季，秋季與夏季差異不顯著。酶基因表達(dá)模式基本一致共獲得9個(gè)差異表達(dá)的基因，其中6個(gè)差異表達(dá)基因在夏季上調(diào)表達(dá)，而在秋季與夏季的表達(dá)無顯著差異；TEA016716、TEA010588、TEA000503基因則在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季下調(diào)表達(dá)。基因有2個(gè)差異表達(dá)，其中TEA010843在夏季下調(diào)表達(dá)，TEA034016基因隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)。基因共獲得13個(gè)差異表達(dá)的基因，其中TEA002405、TEA013443、TEA014951、TEA020629、TEA023729基因的表達(dá)量在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季的表達(dá)量與夏季差異不顯著；TEA010598、TEA024235、TEA025230、TEA033871基因在夏季上調(diào)表達(dá)，秋季下調(diào)表達(dá)；TEA010762、TEA018444、TEA023937、TEA023946基因與花青素積累情況相似，隨著季節(jié)的變化呈增加趨勢(shì)。

2.6 花青素合成修飾基因的表達(dá)分析

對(duì)紫芽品系P113不同季節(jié)芽葉中花青素合成修飾基因的表達(dá)分析表明（表5），共有8個(gè)差異表達(dá)基因，其中TEA015167、TEA027538基因隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)，夏季表達(dá)量高于春季，秋季表達(dá)量高于夏季；TEA006624、TEA015016在夏季下調(diào)表達(dá)，在秋季的表達(dá)量與夏季無顯著差異；TEA015375基因在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季的表達(dá)量與夏季差異不顯著；TEA025989基因在夏季上調(diào)表達(dá)，秋季時(shí)下調(diào)表達(dá)；TEA024761和TEA026458基因在夏季的表達(dá)量與春季無顯著差異、而秋季時(shí)下調(diào)表達(dá)。只獲得1個(gè)差異表達(dá)基因TEA022960，該基因隨季節(jié)變化呈上調(diào)表達(dá)。共有3個(gè)差異表達(dá)的基因，TEA022238基因在夏季下調(diào)表達(dá)，在秋季上調(diào)表達(dá)；TEA025792和TEA025793基因在夏季上調(diào)表達(dá)，在秋季的表達(dá)量與夏季無顯著差異。共有7個(gè)差異表達(dá)基因，其中TEA000392、TEA012735、TEA018304、TEA023870、TEA030958基因在夏季時(shí)表達(dá)量均高于春季，夏、秋季差異表達(dá)不顯著；TEA022732、TEA029331基因夏季上調(diào)表達(dá)，秋季下調(diào)表達(dá)。

表4 不同季節(jié)花青素合成結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)

注：“up”為上調(diào)表達(dá)，“down”為下調(diào)表達(dá)，“–”為差異不顯著。下同

Note: “up” means up-regulated expression, “down” means down-regulated expression, and “-“ means no significant. The same below

2.7 花青素合成調(diào)控基因的表達(dá)分析

對(duì)花青素合成相關(guān)調(diào)控因子、的表達(dá)分析表明（表6），在中獲得7個(gè)差異基因，其中TEA016380、TEA017105基因隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)；TEA000421、TEA032260基因在夏季上調(diào)表達(dá)，秋季和夏季的表達(dá)量無顯著差異；TEA000833、TEA019380、TEA032433基因在春季和夏季的表達(dá)無顯著差異，秋季表達(dá)量相對(duì)夏季上調(diào)。蛋白中有10個(gè)差異基因，TEA028476、TEA026204基因隨季節(jié)變化上調(diào)表達(dá)；TEA029605、TEA029615、TEA014193、TEA014430、TEA018997基因在春季和夏季的表達(dá)無顯著差異，在秋季時(shí)上調(diào)表達(dá)；TEA033191、TEA014311、TEA011367基因在夏季上調(diào)表達(dá)，秋季的表達(dá)量與夏季無顯著差異。

3 討論

本研究利用UHPLC-MS/MS對(duì)大廠茶紫芽品系P113不同季節(jié)芽葉中花青素的代謝物組分進(jìn)行檢測(cè)，在紫芽品系P113芽葉中檢測(cè)出10種花青苷衍生物，并對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，大廠茶紫芽品系P113中10種花青苷衍生物含量隨季節(jié)變化，在夏季時(shí)除了飛燕草素-3--(3'',6''-二丙二酰葡萄糖苷)和錦葵色素-3--葡萄糖苷相對(duì)含量減少外，其他8種花青苷組分含量均高于春季；在秋季時(shí)只有5種花青苷含量高于夏季。在10種花青苷衍生物中矢車菊素-3--咖啡?；碧擒?7--葡萄糖苷、矢車菊素-乙酰基葡萄糖、飛燕草-3--葡萄糖苷和天竺葵素-3--葡萄糖苷4種花青苷含量分別在夏季和秋季增加，在秋季時(shí)含量最高，這與蔣會(huì)兵等[18]和Shen等[19]的研究結(jié)果一致，這4種花青苷衍生物可能是影響大廠茶紫芽品系P113在不同季節(jié)紫化程度不同的原因。

表5 不同季節(jié)花青素合成修飾基因的表達(dá)分析

表6 大廠茶不同季節(jié)花青素合成調(diào)控基因的表達(dá)

苯丙氨酸解氨酶（PAL）是花青素生物合成過程中的關(guān)鍵酶之一，它催化-苯丙氨酸（-Phe）的脫氨基反應(yīng)生成肉桂酸，為后續(xù)花青素的合成提供底物[20]，桃金娘（）果實(shí)中基因的表達(dá)與果實(shí)的顏色變化一致[21]。有研究表明，和基因的表達(dá)與花青素的積累呈正相關(guān)[22-24]。本研究結(jié)果顯示，基因中獲得10個(gè)差異基因，表達(dá)模式相似，在夏季上調(diào)表達(dá)，這與花青素積累情況基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了在花青素合成中的重要作用?；虮磉_(dá)情況相似，在夏季和秋季大部分上調(diào)表達(dá)。是控制天竺葵素合成的關(guān)鍵酶[25]，本研究中天竺葵素-3--葡萄糖苷積累量在夏季和秋季均有所增加；在煙草（）中的異源表達(dá)導(dǎo)致花青素積累增加，致使花色變深[26]；受到抑制時(shí)會(huì)影響花青素的積累[27]；基因的表達(dá)情況和菊花花瓣中花青素積累一致[28]。研究表明，與存在底物競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[29]，本研究中部分基因在秋季時(shí)出現(xiàn)表達(dá)量下調(diào)情況，這可能是二氫黃酮醇更多地向花青素代謝途徑轉(zhuǎn)化，通過底物競(jìng)爭(zhēng)影響了花青素的合成。注釋到中的差異基因存在兩種不同的表達(dá)模式，這與其他植物中基因的表達(dá)與花青素積累呈正相關(guān)不同[30-31]，其功能有待進(jìn)一步研究。

花青素生物合成過程中修飾基因和是原花青素（PA）合成過程中的關(guān)鍵酶基因[32]，可以將無色花色素轉(zhuǎn)化為兒茶素(+)-C，可以催化花青素形成表兒茶素(–)-EC[33]。本研究中注釋到中的差異基因出現(xiàn)兩種不同的表達(dá)模式，在夏季和秋季均下調(diào)表達(dá)，這與在蘋果中原花青素生物合成涉及的花青素還原酶基因表達(dá)相似[34]，推測(cè)可能在紫芽品系P113中存在異位表達(dá)，其表達(dá)模式有待進(jìn)一步研究。注釋到的差異基因表達(dá)量在夏季和秋季均上調(diào)，與花青素積累情況相同，因此推測(cè)在原花青素生物合成過程中起著積極作用。糖基化有助于植物中花色苷的多樣性和穩(wěn)定性，屬于花青素糖基化轉(zhuǎn)移酶中的一種。在擬南芥的研究中敲除突變體中，花青素顯著減少[35]。本研究中的基因表達(dá)量在夏季時(shí)上調(diào)，表明在花青素合成修飾過程中起重要修飾作用。作為木質(zhì)素合成途徑中的關(guān)鍵酶基因，與花青素的生物合成途徑擁有相同的底物4-香豆輔酶A（4-coumaroyl-CoA）[36]，本研究中基因在夏季均上調(diào)表達(dá)，部分在秋季時(shí)下調(diào)表達(dá)，表明在夏季時(shí)可能使底物更多的向木質(zhì)素合成途徑轉(zhuǎn)化，秋季時(shí)可能更多的向花青素合成途徑轉(zhuǎn)化，促進(jìn)花青素的積累。

已知花青素生物合成過程中受到轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，目前對(duì)花青素生物合成過程報(bào)道最多的調(diào)控因子主要是MYB-bHLH-WD40（MBW）復(fù)合體[37]。本研究中紫芽品系P113在春、夏、秋3個(gè)季節(jié)，表達(dá)特征與結(jié)構(gòu)基因表達(dá)特征基本一致，表明調(diào)控因子可能通過正向調(diào)控這部分結(jié)構(gòu)基因從而影響花青素積累[38]。轉(zhuǎn)錄因子在玫瑰花中過表達(dá)可以促進(jìn)花青素生物合成下游基因的表達(dá)[39]；在矮牽牛中基因過表達(dá)可以提高花青素生物合成過程中基因的表達(dá)量[40]。本研究中基因表達(dá)水平與花青素積累情況一致，表明可能在花青素生物合成過程中起到正向調(diào)控作用。植物花青素合成過程中轉(zhuǎn)錄因子的穩(wěn)定表達(dá)對(duì)花青素積累起著重要作用。在矮牽牛中，轉(zhuǎn)錄因子可通過調(diào)控結(jié)構(gòu)基因，從而調(diào)控花青素的積累[41]；在馬鈴薯中，轉(zhuǎn)錄因子過量表達(dá)能調(diào)控基因表達(dá)，進(jìn)而加深塊莖表皮顏色[42]。而在本研究中轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子未注釋到顯著差異表達(dá)的基因，其在紫芽品系P113中是否調(diào)控基因的表達(dá)有待進(jìn)一步研究。

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Analysis of Gene Expression Related to Anthocyanin Regulation of ‘P113’ Purple Strain ofF.C.Zhang in Different Seasons

LIU Xia, LI Fang, SONG Qinfei, NIU Suzhen*, LYU Litang

Tea College of Guizhou University, Guiyang 550025, China

In order to clarify the molecular mechanism of anthocyanin accumulation and the expression characteristics of related genes in the synthetic pathway of anthocyanin inF.C.Zhang purple bud line P113 in different seasons, one bud and two leaves of P113 in spring, summer and autumn were analyzed by RNA-Seq and UHPLC-MS/MS. The results show that the 10 anthocyanin contents changed with seasons, and 4 of them were up-regulated with the change of spring,summer and autumn, which were consistent with leaf color phenotypeof ‘P113’. The expression patterns of structural genes,,,,andwere basically the same, which were up-regulated in summer, but not significantlychanged in autumn. The two differentially expressedgenes were up-regulated in summer. The gene expression patterns of,andwere similar, and their expressions were up-regulated in summer and down-regulated in autumn. One of the twogenes was down-regulated in summer, and one was up-regulated with seasonal changes. The 13 genes ofwere all up-regulated in summer, but they showed different expression patterns in autumn. The modifier genehad two expression patterns in summer and autumn. There was only 1 differentially expressed gene inthat was up-regulated with seasonal changes. Among the threegenes, one was down-regulated in summer, up-regulated in autumn, andthe rest two genes were up-regulated in summer, but not significantly changed in autumn. Seven differentially expressedgenes were up-regulated in summer.Two of them down regulated in autumn, and the rest five genes were not significant changed. The regulatory genesandwere up-regulated with seasonal changes, and had a positive relationship with anthocyanin biosynthesis. The results show that the expressions of structural genes, modifier genes and regulatory genes of ‘P113’ (F.C.Zhang) had certain time characteristics in different seasons, which led to the differencesin anthocyanin accumulation.

F.C.Zhang, anthocyanins, differentially expressed genes

S571.1

A

1000-369X(2021)06-789-13

2021-02-22

2021-07-15

貴州省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（黔科合基礎(chǔ)[2019]1404號(hào)）、貴州省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（黔科合支撐[2017]2557、黔科合支撐[2017]2558）、國家自然科學(xué)基金（32060700）

劉霞，女，碩士研究生，主要從事茶樹種質(zhì)資源與遺傳改良研究，liuxia199411@163.com。*通信作者：niusuzhen@163.com

（責(zé)任編輯：黃晨）