基于轉(zhuǎn)錄組的莖用萵苣抽薹相關(guān)差異表達(dá)基因分析

武 一 孫雪梅 楊世鵬 譚龍 王麗慧

摘要：為探究影響莖用萵苣抽薹的相關(guān)關(guān)鍵基因，采用高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的方法，研究莖用萵苣產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期的差異表達(dá)基因。結(jié)果表明，莖用萵苣種質(zhì)資源1號(hào)在產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期的差異表達(dá)基因數(shù)量為6 754個(gè)，莖用萵苣種質(zhì)資源3號(hào)在產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期的差異表達(dá)基因數(shù)量為5 444個(gè)?；虮倔w（GO）功能富集分析結(jié)果表明，差異表達(dá)基因主要富集在結(jié)合、催化活性、細(xì)胞過(guò)程、代謝過(guò)程、細(xì)胞解剖實(shí)體等GO條目中。京都基因與基因組百科全書(shū)（KEGG）通路富集分析結(jié)果表明，莖用萵苣種質(zhì)資源1號(hào)和莖用萵苣種質(zhì)資源3號(hào)分別有133條和129條KEGG代謝通路，其中有128條代謝通路在2份種質(zhì)資源中均被注釋；差異表達(dá)基因富集較多的KEGG代謝通路有次生代謝物的生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、植物-病原體的相互作用等。轉(zhuǎn)錄因子分析結(jié)果表明，莖用萵苣產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期的差異表達(dá)基因大多數(shù)屬于AP2/ERF、bHLH、bZIP、C2H2、MYB、NAC、WRKY等轉(zhuǎn)錄因子家族。對(duì)莖用萵苣產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期差異表達(dá)基因的研究結(jié)果進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)在AP2/ERF、WRKY、bHLH等轉(zhuǎn)錄因子家族以及次生代謝物的生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等通路中存在較多的差異表達(dá)基因，推測(cè)這些轉(zhuǎn)錄因子家族和代謝通路可能參與莖用萵苣抽薹的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本研究結(jié)果為解析莖用萵苣抽薹相關(guān)基因及其分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：莖用萵苣；抽薹；轉(zhuǎn)錄組；差異表達(dá)基因

中圖分類號(hào)：S636.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2024）04-0711-10

Analysis of differentially expressed genes related to bolting in stem lettuce based on transcriptome data

WU Yi，SUN Xue-mei，YANG Shi-peng，TAN Long，WANG Li-hui

（Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Qinghai University， Qinghai Key Laboratory of Vegetable Genetics and Physiology， Xining 810016， China）

Abstract：To explore the key genes influencing bolting in stem lettuce， high-throughput transcriptome sequencing was employed to study the differentially expressed genes during the organ harvesting and bolting periods of stem lettuce. The results revealed that there were 6 754 differentially expressed genes in stem lettuce germplasm resource No.1 during the organ harvesting period and bolting period， while stem lettuce germplasm resource No.3 had 5 444 differentially expressed genes during these periods. Gene ontology （GO） functional enrichment analysis indicated that differentially expressed genes were mainly enriched in GO entries such as binding， catalytic activity， cellular processes， metabolic processes， and cellular anatomical entities. Kyoto encyclopedia of genes and genomes （KEGG） pathway enrichment analysis showed that stem lettuce germplasm resource No.1 and stem lettuce germplasm resource No.3 had 133 and 129 KEGG metabolic pathways respectively， with 128 metabolic pathways annotated in both germplasm resources. KEGG metabolic pathways with a relatively higher enrichment of differentially expressed genes included biosynthesis of secondary metabolites， plant hormone signal transduction， and plant-pathogen interactions. Transcription factor analysis revealed that most of the differentially expressed genes during the organ harvesting and bolting periods of stem lettuce belonged to transcription factor families such as AP2/ERF， bHLH， bZIP， C2H2， MYB， NAC and WRKY. Comprehensive analysis results indicated that there were numerous differentially expressed genes in transcription factor families such as AP2/ERF， WRKY， bHLH， as well as pathways involving biosynthesis of secondary metabolites and plant hormone signal transduction. It was speculated that these transcription factor families and metabolic pathways could participate in the regulatory network of bolting in stem lettuce. These results can provide scientific basis for understanding the genes related to bolting in stem lettuce and their molecular mechanisms.

Key words：stem lettuce;bolting;transcriptome;differentially expressed genes

莖用萵苣（Lactuca sativa L.）屬于菊科萵苣屬，又稱萵筍、萵菜等，是一年或二年生草本植物[1]，在中國(guó)許多地區(qū)均有種植。莖用萵苣中含有豐富的礦物質(zhì)，其中的鐵元素（莖用萵苣肉質(zhì)莖中鐵元素的含量為20.00 mg/kg；白菜中鐵元素的含量為5.39 mg/kg；蘿卜中鐵元素的含量為5.00 mg/kg）可以被人體吸收利用，防治缺鐵性貧血；鉀元素（莖用萵苣肉質(zhì)莖中鉀元素的含量為3 186.00 mg/kg；白菜中鉀元素的含量為1 593.00 mg/kg；蘿卜中鉀元素的含量為1 730.00 mg/kg）可用于降血壓和預(yù)防心律紊亂；胡蘿卜素（莖用萵苣肉質(zhì)莖中胡蘿卜素的含量為0.30 mg/kg；白菜中胡蘿卜素的含量為0.60 mg/kg；蘿卜中胡蘿卜素的含量為0.20 g/kg）可用于防癌和抗衰老[2-5]。Hou等[6]對(duì)萵苣的化學(xué)成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其主要包含三萜、黃酮和倍半萜內(nèi)酯等。戴國(guó)輝等[7]研究發(fā)現(xiàn)，莖用萵苣的肉質(zhì)莖和葉片中均含有山萵苣苦素、萵苣黃質(zhì)等多種化合物。

莖用萵苣作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富、口感較好的蔬菜，深受各類人群的喜愛(ài)，市場(chǎng)需求量也越來(lái)越大。然而，由于受到外界生長(zhǎng)環(huán)境和品種自身特點(diǎn)的影響，莖用萵苣在種植過(guò)程中容易出現(xiàn)早抽薹現(xiàn)象，導(dǎo)致儲(chǔ)存在肉質(zhì)莖中的養(yǎng)分迅速轉(zhuǎn)移到花薹中[8]，使肉質(zhì)莖無(wú)法正常生長(zhǎng)發(fā)育，從而影響產(chǎn)量和質(zhì)量，降低經(jīng)濟(jì)效益[9]。莖用萵苣的食用部位主要是肉質(zhì)莖，預(yù)防莖用萵苣早抽薹可以確保其產(chǎn)量和質(zhì)量。

目前，與植物抽薹開(kāi)花有關(guān)的研究大都集中在十字花科作物（如蘿卜[10]、白菜[11]、擬南芥[12]、甘藍(lán)型油菜[13]）上，對(duì)萵苣[14]抽薹開(kāi)花的研究較少。LsFT是最早從葉用萵苣中鑒定出來(lái)的與開(kāi)花相關(guān)的基因，在葉用萵苣中過(guò)表達(dá)LsFT基因則使萵苣開(kāi)花時(shí)間提前，沉默LsFT基因則使萵苣開(kāi)花時(shí)間延遲[15]。Ning等[16]對(duì)萵苣不同的花發(fā)育階段進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了1個(gè)參與開(kāi)花的基因LsMADS55。Han等[17]對(duì)不同溫度下生長(zhǎng)的葉用萵苣進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，挖掘出與抽薹有關(guān)的基因LsSOC1和LsFT，敲除這2個(gè)基因均會(huì)延遲抽薹。Chen等[15]研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素參與葉用萵苣抽薹的調(diào)控，在熱誘導(dǎo)葉用萵苣抽薹期間，葉片中的赤霉3（GA3）、赤霉素4（GA4）水平以及莖中的生長(zhǎng)素水平均顯著提高[18]。DELLA蛋白負(fù)調(diào)節(jié)赤霉素信號(hào)通路，Wang等[19]在萵苣中鑒定了4個(gè)DELLA蛋白編碼基因，包括LsRGL1，在萵苣中敲除該基因可促進(jìn)抽薹，而該基因過(guò)表達(dá)可抑制抽薹以及赤霉素和生長(zhǎng)素的生物合成。在某些植物中，生長(zhǎng)素也可以誘導(dǎo)開(kāi)花，生長(zhǎng)素響應(yīng)基因受生長(zhǎng)素受體基因（TIR1）、生長(zhǎng)素響應(yīng)因子（ARF）家族以及AUX/IAA轉(zhuǎn)錄因子家族的影響[20]。有研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（STPK）以及熱激蛋白基因Hsp70-2711和Hsp70-3711可能參與葉用萵苣的抽薹[21-23]。本研究擬以莖用萵苣種質(zhì)資源1號(hào)、3號(hào)為試驗(yàn)材料，于產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期分別進(jìn)行取樣，利用Illumina Hiseq進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，探究影響莖用萵苣抽薹的關(guān)鍵基因，以期為培育耐抽薹的莖用萵苣品種奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試樣品為青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所收集的莖用萵苣種質(zhì)資源1號(hào)（綠色莖用萵苣）和3號(hào)（紫色莖用萵苣）（表1），種植于青海大學(xué)園藝創(chuàng)新基地，常規(guī)栽培管理，在不同生育期（產(chǎn)品器官收獲期、抽薹期）選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，取葉片和肉質(zhì)莖混勻，各3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，樣品保存于-80 ℃冰箱中，用于總RNA提取。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1總RNA文庫(kù)的構(gòu)建和測(cè)序使用TRIzol法[24]提取RNA，再參考胡小蓉等[24]的檢測(cè)方法對(duì)樣品RNA的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，保證后續(xù)使用的RNA可以滿足文庫(kù)構(gòu)建和測(cè)序的需要。RNA質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，mRNA先使用胸腺嘧啶組成的核苷酸鏈［Oligo（dT）］磁珠富集，再隨機(jī)打斷。以隨機(jī)打斷的mRNA和隨機(jī)寡核苷酸為材料，組成第1條、第2條cDNA，獲得cDNA文庫(kù)。文庫(kù)構(gòu)建完成后，先使用Qubit2.0熒光定量?jī)x進(jìn)行初步定量，再使用Agilent 2100生物分析儀對(duì)文庫(kù)的插入片段大小進(jìn)行檢測(cè)，插入片段大小符合預(yù)期后，使用Illumina HiSeq平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。轉(zhuǎn)錄文庫(kù)構(gòu)建和測(cè)序工作委托武漢邁特維爾生物科技有限公司完成。

1.2.2測(cè)序數(shù)據(jù)分析對(duì)Illumina HiSeq平臺(tái)測(cè)序獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析并去除低質(zhì)量序列和接頭序列后，得到高質(zhì)量序列。使用HISAT軟件[25]將過(guò)濾后的高質(zhì)量序列與參考基因組和基因注釋文件（基因登錄號(hào)：GCF_002870075.3）比對(duì)，進(jìn)行基因注釋。

1.2.3差異表達(dá)基因分析使用DESeq2軟件[26]進(jìn)行差異表達(dá)分析，得到Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組這2個(gè)比較組之間的差異表達(dá)基因，篩選標(biāo)準(zhǔn)：|log2Fold Change|≥1，且校正后的P值（FDR）＜0.05，F(xiàn)old Change為2個(gè)組之間基因表達(dá)水平的比值。對(duì)于京都基因與基因組百科全書(shū)（KEGG）數(shù)據(jù)庫(kù)，以通路為單位進(jìn)行超幾何分布檢驗(yàn)；對(duì)于基因本體（GO），則基于GO條目進(jìn)行分析，并利用iTAK軟件[27]進(jìn)行轉(zhuǎn)錄因子分析。

2結(jié)果與分析

2.1RNA-Seq測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本研究共完成12份樣品的測(cè)序分析，結(jié)果（表2）表明，高質(zhì)量reads的堿基總數(shù)為83.22 Gb，每份樣品高質(zhì)量reads的堿基總數(shù)均超過(guò)6.00 Gb。Q20（堿基質(zhì)量值不低于20的堿基數(shù)占總堿基數(shù)的比例）和Q30（堿基質(zhì)量值不低于30的堿基數(shù)占總堿基數(shù)的比例）均在90.00%以上，G+C含量為44.31%～45.55%，能夠比對(duì)到參考基因組的reads所占比例為88.46%～94.33%；莖用萵苣種質(zhì)資源1號(hào)在產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期具有唯一匹配的reads所占比例均值分別為89.42%和87.85%；莖用萵苣種質(zhì)資源3號(hào)產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期具有唯一匹配的reads比例分別為90.77%和83.99%。主成分分析結(jié)果（圖1）表明，每組的樣品都聚集在一起，表明重復(fù)樣品間具有較高的相似度及重復(fù)性[28]。上述研究結(jié)果表明測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量合格、可靠性較高，可開(kāi)展下一步研究。

2.2差異表達(dá)基因

篩選差異表達(dá)基因的標(biāo)準(zhǔn)為|log2Fold Change|≥1，且FDR＜0.05。Z1和Z3的比較組中差異表達(dá)基因?yàn)? 754個(gè)，上調(diào)表達(dá)基因有3 273個(gè)，占48.46%，下調(diào)表達(dá)基因3 481個(gè)，占51.54%；Z2和Z4的比較組中差異表達(dá)基因?yàn)? 444個(gè)，上調(diào)表達(dá)基因有2 879個(gè)，占52.88%，下調(diào)表達(dá)基因2 565個(gè)，占47.12%（表3）。

對(duì)篩選出的與抽薹相關(guān)的差異表達(dá)基因進(jìn)行層次聚類分析，圖2顯示，每組的3個(gè)生物學(xué)重復(fù)均聚成一簇，表明樣品的生物學(xué)重復(fù)性良好，數(shù)據(jù)的可靠性高，聚類分析將與抽薹相關(guān)的差異表達(dá)基因大致分為5類。差異表達(dá)基因韋恩圖（圖3）顯示，有2 579個(gè)差異表達(dá)基因在Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組中共同表達(dá)，其中上調(diào)表達(dá)的基因有1 217個(gè)，下調(diào)表達(dá)的基因有1 267個(gè)。

2.3GO功能富集分析

GO功能富集分析分為分子功能（Molecular function，MF）、生物學(xué)過(guò)程（Biological process，BP）和細(xì)胞組分（Cellular component，CC）3個(gè)類別[29]。Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組中差異表達(dá)基因富集的GO條目分別有44個(gè)和46個(gè)，其中共同富集的GO條目有44個(gè)，本研究只列出差異表達(dá)基因顯著富集的32個(gè)條目（圖4）。BP差異表達(dá)基因富集較多的GO條目為細(xì)胞過(guò)程和代謝過(guò)程；MF差異表達(dá)基因富集較多的GO條目為結(jié)合和催化活性；CC差異表達(dá)基因富集較多的GO條目為細(xì)胞解剖實(shí)體和含蛋白質(zhì)復(fù)合體。在細(xì)胞過(guò)程和代謝過(guò)程差異表達(dá)基因富集較多，這一結(jié)果與其他植物的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果[30]一致，表明莖用萵苣在抽薹過(guò)程中細(xì)胞活動(dòng)和代謝均較活躍。

2.4KEGG通路富集分析

在KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中，Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組中的差異表達(dá)基因分別被注釋到133條、129條KEGG通路，2個(gè)組共同注釋到的KEGG通路為128條。利用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)富集出莖用萵苣抽薹過(guò)程中差異表達(dá)基因表現(xiàn)出顯著性差異的前20條通路。前20條通路差異表達(dá)基因數(shù)量見(jiàn)表4和表5，莖用萵苣抽薹過(guò)程中差異表達(dá)基因富集的通路主要有次生代謝物的生物合成（ko01110）、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（ko04075）、植物-病原體的相互作用（ko04626）等。通過(guò)對(duì)KEGG富集通路的研究結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，代謝途徑的差異表達(dá)基因只在Z2和Z4的比較組中顯著富集，在Z1和Z3的比較組中沒(méi)有顯著富集，其原因可能是紫色莖用萵苣較綠色莖用萵苣早熟，一些物質(zhì)的調(diào)控作用需要被提前激活，提前啟動(dòng)代謝途徑，但具體原因還需進(jìn)一步探究。

2.5轉(zhuǎn)錄因子分析

轉(zhuǎn)錄因子在植物生長(zhǎng)和發(fā)育中起著調(diào)節(jié)作用[31]。圖5顯示，Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組分別鑒定到74個(gè)和68個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族，分別包括501個(gè)和458個(gè)差異表達(dá)基因。Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組中的差異表達(dá)基因大多數(shù)都屬于AP2/ERF（56個(gè)、43個(gè)）、bHLH（38個(gè)、34個(gè)）、MYB（37個(gè)、30個(gè)）、NAC（27個(gè)、19個(gè)）、WRKY（24個(gè)、21個(gè)）、C2H2（23個(gè)、13個(gè)）、bZIP（19個(gè)、14個(gè)）等轉(zhuǎn)錄因子家族，表明這些轉(zhuǎn)錄因子家族可能在莖用萵苣抽薹過(guò)程中起著一定作用；在TUB、NF-YB、HB-other、DBB、FAR1等轉(zhuǎn)錄因子家族中的差異表達(dá)基因數(shù)量最少，只有1個(gè)。

3討論

高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)可以用于研究差異表達(dá)基因及其調(diào)控機(jī)理[32]。差異表達(dá)基因是發(fā)生應(yīng)激效應(yīng)時(shí)表達(dá)水平發(fā)生顯著性變化的基因，研究差異表達(dá)基因可以明晰基因的功能，也可以為研究相關(guān)分子機(jī)制提供豐富的參考數(shù)據(jù)[33]。莖用萵苣是一種具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的蔬菜，但其提早抽薹會(huì)影響食用口感及商品價(jià)值，目前，對(duì)莖用萵苣的研究主要集中于栽培技術(shù)[34]及產(chǎn)量[35]等方面，莖用萵苣抽薹的機(jī)理尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

抽薹會(huì)長(zhǎng)出花薹，使植株高度增加[36]，植株在花芽分化期間，如果遇到長(zhǎng)日照高溫條件，體內(nèi)生長(zhǎng)素含量升高，就會(huì)出現(xiàn)抽薹現(xiàn)象，發(fā)生抽薹初期莖頂?shù)膩嗧敹思?xì)胞伸長(zhǎng)[37]。GO功能富集分析結(jié)果表明，Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組中差異表達(dá)基因富集較多的GO條目包括細(xì)胞過(guò)程，表明抽薹過(guò)程中有一系列細(xì)胞的變化。本研究中，Z1和Z3的比較組、Z2和Z4的比較組中的差異表達(dá)基因在次生代謝物的生物合成通路和植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中富集較多，且這2條通路中的差異表達(dá)基因數(shù)量均表現(xiàn)為上調(diào)表達(dá)基因數(shù)量大于下調(diào)表達(dá)基因數(shù)量，推測(cè)在莖用萵苣抽薹過(guò)程中這2條通路發(fā)揮著重要作用。

WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子可以影響植物的次生代謝[38-43]，對(duì)次生代謝物的積累起調(diào)控作用[44]，并且已有研究結(jié)果證明WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子可以參與其他激素介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而對(duì)植物體細(xì)胞的發(fā)育起到間接調(diào)控作用[45]。對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，莖用萵苣種質(zhì)資源1號(hào)和3號(hào)均有較多的差異表達(dá)基因?qū)儆赪RKY家族。Ishida等[46]的研究結(jié)果表明，WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子對(duì)植物的開(kāi)花時(shí)間具有一定的調(diào)控作用，擬南芥在長(zhǎng)日照條件下過(guò)量表達(dá)WRKY25，會(huì)導(dǎo)致其開(kāi)花時(shí)間提前[47]。蘇蔚等[48]發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子BcWRKY22可以調(diào)控菜心提前開(kāi)花，在擬南芥中異源表達(dá)棉花GbWRKY1基因，發(fā)現(xiàn)植株抽薹開(kāi)花時(shí)間明顯提前，且GbWRKY1對(duì)植物開(kāi)花時(shí)間的調(diào)節(jié)主要通過(guò)赤霉素途徑實(shí)現(xiàn)[49]，由此推測(cè)WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子可能會(huì)通過(guò)影響一些次生代謝物的積累和植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑進(jìn)而影響莖用萵苣的抽薹過(guò)程。

有研究結(jié)果表明，bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子參與植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、次生代謝等多種生物學(xué)過(guò)程[50]，當(dāng)bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子TT8和WD40的功能被抑制時(shí)，甘藍(lán)的開(kāi)花時(shí)間會(huì)提前[51]。擬南芥的AtbHLH113基因和SPL9基因在蛋白質(zhì)水平上相互作用，進(jìn)而影響開(kāi)花時(shí)間[52]。bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族富集的差異表達(dá)基因數(shù)量較多，因此其可能參與莖用萵苣抽薹的調(diào)控。謝德金等[53]研究發(fā)現(xiàn)MYB家族轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)植物次生代謝物的生物合成。莖用萵苣抽薹后次生代謝物的生物合成通路中差異表達(dá)基因上調(diào)表達(dá)數(shù)量大于下調(diào)表達(dá)數(shù)量，且此通路中差異表達(dá)基因數(shù)量較多，可能與MYB轉(zhuǎn)錄因子對(duì)次生代謝的調(diào)控有關(guān)，目前關(guān)于MYB轉(zhuǎn)錄因子對(duì)抽薹影響的研究較少，不能推測(cè)其是否參與莖用萵苣的抽薹過(guò)程。

AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族的AP2亞家族基因會(huì)影響植物花的發(fā)育，在擬南芥中，AP2同源基因?qū)ǖ纳L(zhǎng)有影響，包括花分生組織的形成和花器官的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)參與花發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)具有調(diào)控作用[54]。然而，擬南芥的AP2基因也參與抑制成花關(guān)鍵基因SOC1和AG的表達(dá)，并與miR172基因結(jié)合，對(duì)開(kāi)花時(shí)間進(jìn)行負(fù)調(diào)節(jié)[55]。有研究發(fā)現(xiàn)次生代謝物的生物合成通路中差異表達(dá)基因富集較多，而AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族在植物次生代謝調(diào)控中發(fā)揮著重要作用[56]。Feng等[57]利用高通量測(cè)序技術(shù)分析鴨茅在不同生育期的轉(zhuǎn)錄組變化，發(fā)現(xiàn)ERF2基因在抽薹前期顯著表達(dá)。本研究中差異表達(dá)基因?qū)儆贏P2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族的數(shù)量最多，推測(cè)AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族可能會(huì)通過(guò)影響植物的次生代謝進(jìn)而調(diào)控莖用萵苣的抽薹。

4結(jié)論

本研究對(duì)莖用萵苣產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期的葉片和肉質(zhì)莖進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，結(jié)果表明，在產(chǎn)品器官收獲期和抽薹期差異表達(dá)的基因大多數(shù)屬于AP2/ERF、WRKY、bHLH等轉(zhuǎn)錄因子家族，次生代謝物的生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等KEGG通路富集的差異表達(dá)基因較多。因此，今后可在這些轉(zhuǎn)錄因子家族和代謝通路中開(kāi)展挖掘莖用萵苣抽薹相關(guān)基因的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁慶軍，楊昌煦. 四川萵苣屬及近緣屬10種植物的核型研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（1）：30-33.

[2]毛學(xué)文，張海林，毛沛. 萵筍莖葉營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的分析比較[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2003（11）：37.

[3]錢(qián)麗珠. 第二十六講萵苣（八）[J]. 上海蔬菜，2001（2）：42.

[4]張德雙，徐家炳，張鳳蘭. 不同球色大白菜主要營(yíng)養(yǎng)成分分析[J]. 中國(guó)蔬菜，2004（3）：37.

[5]許偉，高品一，楊頔，等. 蘿卜藥食兩用價(jià)值及其研究進(jìn)展[J]. 寧夏農(nóng)林科技，2014，55（2）：90-94.

[6]HOU C C， LIN S J， CHENG J T， et al. Antidiabetic dimeric guianolides and a lignan glycoside from Lactuca indica[J]. Journal of Natural Products，2003，66（5）：625-629.

[7]戴國(guó)輝，孫志棟，吳海軍，等. 萵筍的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值及其加工開(kāi)發(fā)[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2008（11）：43-46.

[8]孫桂文，滑桂順，趙增林，等. 萵筍高產(chǎn)栽培技術(shù)要點(diǎn)[J]. 北京農(nóng)業(yè)，2010（6）：14-17.

[9]盧汪友. 萵筍周年無(wú)公害優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，19（20）：52-53.

[10]裴蕓，張超省，田山君，等. 不同晝夜溫差處理對(duì)蘿卜抽薹及開(kāi)花特性的影響[J]. 北方園藝，2018（11）：1-8.

[11]黎黎，劉娟，陽(yáng)夢(mèng)瑤，等. 低溫春化與光周期調(diào)控對(duì)普通白菜抽薹性狀的影響[J]. 中國(guó)瓜菜，2021，34（5）：45-51.

[12]齊仙惠，巫東堂，李改珍，等. 擬南芥成花調(diào)控途徑的研究進(jìn)展[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，38（9）：1-7，36.

[13]王茹夢(mèng)，劉忠松. 甘藍(lán)型油菜開(kāi)花期全基因組關(guān)聯(lián)分析及開(kāi)花基因標(biāo)記開(kāi)發(fā)[J]. 分子植物育種，2021，19（10）：3329-3338.

[14]張利利，郝敬虹，韓瑩琰，等. 溫度對(duì)葉用萵苣春化的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，27（11）：3600-3606.

[15]CHEN Z， HAN Y， NING K， et al. Inflorescence development and the role of LsFT in regulating bolting in lettuce （Lactuca sativa L.）[J]. Frontiers in Plant Science，2018，8：2248.

[16]NING K， HAN Y Y， CHEN Z J， et al. Genome-wide analysis of MADS-box family genes during flower development in lettuce[J]. Plant，Cell & Environment，2019，42（6）：1868-1881.

[17]HAN Y， CHEN Z， LYU S， et al. MADS-box genes and gibberellins regulate bolting in lettuce （Lactuca sativa L.）[J]. Frontiers in Plant Science，2016，7：1889.

[18]LIU X Y， LYU S S， LIU R， et al. Transcriptomic analysis reveals the roles of gibberellin-regulated genes and transcription factors in regulating bolting in lettuce （Lactuca sativa L.）[J]. PLoS One，2018，13（2）：e0191518.

[19]WANG S L， LUO C， SUN L， et al. LsRGL1 controls the bolting and flowering times of lettuce by modulating the gibberellin pathway[J]. Plant Science，2022，316：111175.

[20]QUINT M， GRAY W M. Auxin signaling[J]. Current Opinion in Plant Biology，2006，9（5）：448-453.

[21]王璐. 葉用萵苣LsSTPK和LsMAPK4基因的克隆與LsSTPK基因在抽薹中的功能分析[D]. 北京：北京農(nóng)學(xué)院，2019.

[22]WANG L， WU Y， DU W， et al. Virus-induced gene silencing （VIGS） analysis shows involvement of the LsSTPK gene in lettuce （Lactuca sativa L.） in high temperature-induced bolting[J]. Plant Signaling & Behavior，2021，16（7）：1913845.

[23]李婷，韓瑩琰，范雙喜，等. 葉用萵苣2個(gè)Hsp70基因與其抽薹的相關(guān)性分析[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015，31（10）：58-62.

[24]胡小蓉，馬燕，臧德奎，等. 芍藥芽總RNA提取方法的研究[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（2）：16-20.

[25]KIM D， LANGMEAD B， SALZBERG S L. HISAT：a fast spliced aligner with low memory requirements[J]. Nature Methods，2015，12（4）：357-360.

[26]VARET H， BRILLET G L， COPPE J， et al. SARTools： a DESeq2-?and EdgeR-based R pipeline for comprehensive differential analysis of RNA-Seq data[J]. PLoS One，2016，11（6）：e0157022.

[27]ZHENG Y， JIAO C， SUN H H， et al. iTAK： a program for genome-wide prediction and classification of plant transcription factors， transcriptional regulators， and protein kinases[J]. Molecular Plant，2016，9（12）：1667-1670.

[28]鄭云，崔芳芳，鄭九洲，等. 煙草雄性不育突變轉(zhuǎn)錄組相關(guān)差異表達(dá)基因分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，35（8）：1733-1741.

[29]劉洋，盧凱政，卞少杰，等. 田間自然溫度調(diào)控下核桃根系差異表達(dá)基因分析[J]. 北方園藝，2020（17）：30-38.

[30]楊宇婷，張強(qiáng). 甜葉菊多倍體變異機(jī)制的轉(zhuǎn)錄組及SSR分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，51（2）：44-50.

[31]趙航，賈富強(qiáng)，張富春，等. 鹽脅迫下鹽穗木差異表達(dá)基因的轉(zhuǎn)錄組信息分析[J]. 生物信息學(xué)，2014，12（2）：90-98.

[32]何平，李林光，王海波，等. 遮光性套袋對(duì)桃果實(shí)轉(zhuǎn)錄組的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50（6）：1088-1097.

[33]黃瓊林. 高良姜轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)基因分析[J]. 中藥材，2020，43（3）：553-557.

[34]孫永濤，王旭強(qiáng). 夏秋季莖用萵苣適應(yīng)性栽培試驗(yàn)[J]. 上海蔬菜，2013（1）：20，82.

[35]馬彥霞，王曉巍，張俊峰，等. 莖用萵苣品種適應(yīng)性及適宜密度和栽培方式研究[J]. 北方園藝，2016（13）：36-39.

[36]PFEIFFER N， TRNKNER C， LEMNIAN I， et al. Genetic analysis of bolting after winter in sugar beet （Beta vulgaris L.）[J]. Theoretical and Applied Genetics，2014，127（11）：2479-2489.

[37]蘇賀楠，張利利，劉超杰，等. 高溫誘導(dǎo)葉用萵苣抽薹過(guò)程中細(xì)胞形態(tài)的變化[J]. 北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，31（2）：53-57.

[38]段俊枝，楊翠蘋(píng)，王楠，等. WRKY轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，51（5）：71-80.

[39]陳亞輝，張師，楊慶山，等. 多枝檉柳葉片響應(yīng)NaCl脅迫的轉(zhuǎn)錄組分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，38（5）：1188-1202.

[40]王劍超，邱文敏，金康鳴，等. 伴礦景天WRKY基因家族鑒定及鎘脅迫響應(yīng)分析[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，47（2）：49-60.

[41]張婷，柏楊，亓希武，等. 薄荷MhWRKY57基因克隆及響應(yīng)茉莉酸信號(hào)的表達(dá)分析[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，46（6）：279-287.

[42]尹夢(mèng)瑩，蔚亞楠，杜光輝，等. 蒜芥茄SsWRKY1基因克隆及黃萎病病原菌脅迫下表達(dá)分析[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，53（4）：1000-1010.

[43]高磊，李慧，鄭煥，等. 果樹(shù)中花色苷的生物合成及其調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，38（1）：258-267.

[44]王彩云，張曉東，沈濤，等. WRKY在植物次生代謝物合成中的作用及研究進(jìn)展[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（20）：137-144.

[45]SHANG Y， YAN L， LIU Z Q， et al. The Mg-chelatase H subunit of Arabidopsis antagonizes a group of WRKY transcription repressors to relieve ABA-responsive genes of inhibition[J]. The Plant Cell，2010，22（6）：1909-1935.

[46]ISHIDA T， HATTORI S， SANO R， et al. Arabidopsis TRANSPARENT TESTA GLABRA2 is directly regulated by R2R3 MYB transcription factors and is involved in regulation of GLABRA2 transcription in epidermal differentiation[J]. The Plant Cell，2007，19（8）：2531-2543.

[47]王芳秀，黎舒佳，余迪求. WRKY25過(guò)量表達(dá)導(dǎo)致擬南芥在長(zhǎng)光照下開(kāi)花提前[J]. 植物分類與資源學(xué)報(bào)，2011，33（6）：653-659.

[48]蘇蔚，肖柳英，孫光聞，等. 轉(zhuǎn)錄因子BcWRKY22在低溫促進(jìn)菜心抽薹開(kāi)花中的功能分析[J]. 分子植物育種，2020，18（12）：3862-3870.

[49]李超. 棉花GbWRKY1在植物發(fā)育及防御反應(yīng)中的功能分析[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[50]郭溆，羅紅梅，宋經(jīng)元，等. 糖基轉(zhuǎn)移酶在植物次生代謝途徑中的研究進(jìn)展[J]. 世界科學(xué)技術(shù)（中醫(yī)藥現(xiàn)代化），2012，14（6）：2126-2130.

[51]周雯. 甘藍(lán)TT8及WD40轉(zhuǎn)錄因子影響花青素合成及開(kāi)花時(shí)間的研究[D]. 重慶：西南大學(xué)，2017.

[52]宋建輝. bHLH113調(diào)控?cái)M南芥開(kāi)花和花青素合成的分子機(jī)制研究[D]. 杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2020.

[53]謝德金，葉友杰，楊德明，等. 基于巴戟天轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子的鑒定和分析[J]. 藥學(xué)學(xué)報(bào)，2020，55（1）：160-167.

[54]聞可心，劉雪梅. AP2功能基因在植物花發(fā)育中的重要作用[J]. 生物技術(shù)通報(bào)，2010（2）：1-7.

[55]YANT L， MATHIEU J， DINH T T， et al. Orchestration of the floral transition and floral development in Arabidopsis by the bifunctional transcription factor APETALA2[J]. The Plant Cell，2010，22（7）：2156-2170.

[56]宋康華，黎宇婷，張魯斌. AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控果實(shí)品質(zhì)研究進(jìn)展[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2019，40（5）：1032-1040.

[57]FENG G Y， HUANG L K， LI J， et al. Comprehensive transcriptome analysis reveals distinct regulatory programs during vernalization and floral bud development of orchardgrass （Dactylis glomerata L.）[J]. BMC Plant Biology，2017，17.DOI：10.1186/s12870-017-1170-8.

（責(zé)任編輯：王妮）

收稿日期：2023-03-21

基金項(xiàng)目：青海省科學(xué)技術(shù)廳基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2022-ZJ-745）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2022YFD1602400）

作者簡(jiǎn)介：武一（1998-），女，河南駐馬店人，碩士研究生，主要從事蔬菜遺傳育種研究。（E-mail）wuyi77abc@163.com

通訊作者：王麗慧，（E-mail）qhwlhwlh@126.com