大花序桉徑向生長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)分析

摘 要：【目的】研究不同徑級(jí)的大花序桉形成層的差異表達(dá)基因和表達(dá)模式，從基因表達(dá)水平揭示大花序桉徑向生長(zhǎng)的相關(guān)機(jī)制，為林木遺傳育種和培育提供有益參考?！痉椒ā坎捎肐llumina HiSeq 2000測(cè)序平臺(tái)對(duì)5個(gè)不同徑級(jí)的大花序桉形成層的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測(cè)序，使用featureCount軟件計(jì)算基因表達(dá)水平FPKM，通過(guò)edgeR和TCseq進(jìn)行基因差異表達(dá)分析和表達(dá)模式分析?！窘Y(jié)果】轉(zhuǎn)錄組測(cè)序經(jīng)質(zhì)控后獲高質(zhì)量reads共1 364 837 824條，平均GC含量51.07%，與參考基因組的比對(duì)率平均為68.49%。對(duì)不同徑級(jí)的大花序桉轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行差異表達(dá)基因分析，共篩選出8 794個(gè)差異表達(dá)基因，其中超高徑級(jí)組Vs中徑級(jí)組篩選出3 292個(gè)（上調(diào)表達(dá)1 878個(gè)，下調(diào)表達(dá)1 414個(gè)），大徑級(jí)組Vs中徑級(jí)組篩選出3 876個(gè)（上調(diào)表達(dá)2 314個(gè)，下調(diào)表達(dá)1 562個(gè)），小徑級(jí)組Vs中徑級(jí)組篩選出3 604個(gè)（上調(diào)表達(dá)1 599個(gè)，下調(diào)表達(dá)2 005個(gè)），超低徑級(jí)組Vs中徑級(jí)組篩選出4 565個(gè)（上調(diào)表達(dá)2 850個(gè)，下調(diào)表達(dá)1 715個(gè)）。差異表達(dá)基因的GO和KEGG分析顯示，差異表達(dá)基因主要富集在糖基轉(zhuǎn)移酶活性、有機(jī)環(huán)化合物結(jié)合、氧化還原酶活性等功能中，參與細(xì)胞色素P450代謝、苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代謝、黃酮類生物合成等與次生木質(zhì)部形成相關(guān)的代謝途徑?；虮磉_(dá)模式分析將所有基因聚類為10個(gè)模式，其中模式9的基因隨徑級(jí)的降低表達(dá)量呈下降趨勢(shì)，主要富集在Hippo信號(hào)通路、萜類骨架生物合成等代謝通路。【結(jié)論】大花序桉徑向生長(zhǎng)與多個(gè)代謝途徑相關(guān)，其中與木質(zhì)素合成相關(guān)的苯丙氨酸代謝途徑可能是較為重要的途徑，Hippo信號(hào)通路可能參與樹干大小的調(diào)控。

關(guān)鍵詞：大花序桉；轉(zhuǎn)錄組；徑向生長(zhǎng)；差異表達(dá)基因；基因表達(dá)趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：S722.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-923X（2024）10-0149-08

基金項(xiàng)目：廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（2020-A-01-01）；廣西林業(yè)科技項(xiàng)目（桂林科研[2021]5號(hào)）。

Analysis of gene expression related to radial growth of Eucalyptus cloeziana

CHEN Shengkan1， LU Youwei2， DENG Ziyu1， LI Changrong1

（1. Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of National Forestry and Grassland Administration， Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation， Guangxi Forestry Research Institute， Nanning 530002， Guangxi， China； 2. Guangxi Gaofeng State-owned Forestry Farm， Nanning 530025， Guangxi， China）

Abstract：【Objective】The study was intended to study the gene expression profile of different diameter grade of Eucalyptus cloeziana to reveal the mechanism of radial growth at the gene expression level.【Method】We sequenced the cambium transcriptomes of five different diameter grades E. cloeziana using the Illumina HiSeq 2000 sequencing platform. Gene expression level was calculated using featureCount software. Difference expression and expression pattern analysis were performed by edgeR and TCseq.【Result】A total of 1 364 837 824 high-quality reads were obtained after quality control， with an average GC content of 51.07% and an average alignment rate of 68.49% to the reference genome. Difference expression analysis of all comparison groups screened 8 794 different expressed genes （DEGs）. 3 292， 3 876， 3 604 and 4 565 DEGs were screened in the comparison ultra-high diameter group， large diameter group， small diameter group， ultra-low diameter group Vs medium diameter group， respectively， and with 1 878 up-regulated and 1 414 down-regulated， 2 314 up-regulated and 1 562 down-regulated， 1 599 up-regulated and 2 005 down-regulated， 2 850 up-regulated and 1 715 down-regulated in these comparison， respectively. GO and KEGG analysis showed that DEGs were mainly enriched in glycosyltransferase activity， organocyclic compound binding， oxidorereductase activity， and were reported to be involved in cytochrome P450 metabolism， phenylpropane biosynthesis， phenylalanine metabolism， flavonoid biosynthesis and other metabolic pathways related to secondary xylem formation. Gene expression pattern analysis clustered all genes into 10 patterns， among which the genes in pattern 9 showed a downward trend with the decrease of diameter and were mainly enriched in Hippo signaling pathway and terpenoid backbone biosynthesis.【Conclusion】The radial growth of E. cloeziana is related to multiple metabolic pathways， among which the phenylalanine metabolic pathway related to lignin synthesis may be an important one， and the Hippo signaling pathway may be involved in the regulation of diameter size.

Keywords： Eucalyptus cloeziana； transcriptome； radial growth； different expression gene； gene expression trend

大花序桉Eucalyptus cloeziana是桃金娘科Myrtaceae桉屬Eucalyptus昆士蘭桉亞屬Idiogenes樹種，天然分布于澳大利亞昆士蘭州，具有4個(gè)不連續(xù)的地理分布區(qū)，其木材堅(jiān)硬耐久、紋理通直、結(jié)構(gòu)均勻，材色呈黃褐色，具有黑金條紋，廣泛用于家具、建筑、礦柱和坑木等，是較好的鋸材樹種，在我國(guó)已作為大徑材進(jìn)行培育[1-4]。大花序桉作為大經(jīng)級(jí)鋸材培育的周期在15～20 a，與尾葉桉E. urophylla、巨桉E. grandis及其雜種無(wú)性系等纖維材相比，其生長(zhǎng)速度較慢，而生長(zhǎng)量一直以來(lái)都是林木育種和培育的重要指標(biāo)，包括高生長(zhǎng)和徑向生長(zhǎng)，林木徑向生長(zhǎng)速度的提高能夠極大地促進(jìn)林木蓄積量的增長(zhǎng)，因此，解析林木徑向生長(zhǎng)機(jī)制對(duì)林木育種和培育均具有重要意義。

對(duì)林木徑向生長(zhǎng)的研究大多數(shù)集中在對(duì)氣候等環(huán)境因子的響應(yīng)，如賈存等[5]研究了華北落葉松Larix principis-rupprechtii人工林和天然林徑向生長(zhǎng)對(duì)氣溫變化的響應(yīng)；楊保國(guó)等[6]研究了米老排Mytilaria laosensis徑向生長(zhǎng)的變化規(guī)律及其對(duì)輻射總量、土壤含水量、相對(duì)空氣濕度、空氣溫度等環(huán)境因子的響應(yīng)；曹受金等[7]研究了氣候變化對(duì)不同緯度馬尾松Pinus massoniana徑向生長(zhǎng)的影響。對(duì)林木徑向生長(zhǎng)差異的分子調(diào)控機(jī)制的研究較少，主要在楊樹Populus[8]、巨桉[9]等用材樹種中開展，林木徑向生長(zhǎng)的遺傳調(diào)控機(jī)制尚未清晰，仍需進(jìn)一步研究。

林木的徑向生長(zhǎng)（即次生木質(zhì)部生成）主要依賴于樹干側(cè)面分生組織維管束形成層細(xì)胞的分裂和分化。維管束形成層細(xì)胞向外分化形成次生韌皮部，向內(nèi)分化形成次生木質(zhì)部，形成層通過(guò)不斷分裂和分化增加木質(zhì)部的細(xì)胞數(shù)量，使林木徑向增粗[10-11]。次生木質(zhì)部的形成過(guò)程中，形成層向內(nèi)分裂形成的木質(zhì)部母細(xì)胞經(jīng)過(guò)初生細(xì)胞壁擴(kuò)張而使細(xì)胞增大，隨后一系列纖維素和半纖維素等多糖沉積，次生細(xì)胞壁開始形成并增厚，同時(shí)開始木質(zhì)化。隨著木質(zhì)化次生細(xì)胞壁的成熟，細(xì)胞進(jìn)入程序化死亡階段，最終完成木質(zhì)部細(xì)胞的分化，這一過(guò)程的各個(gè)階段均受到內(nèi)部遺傳信息的嚴(yán)格調(diào)控[12-13]。

以往對(duì)植物徑向生長(zhǎng)發(fā)育及調(diào)控過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)，許多轉(zhuǎn)錄因子和植物激素在木質(zhì)部生成的各個(gè)階段均具有重要的調(diào)控作用。如形成層分裂及分化為木質(zhì)部母細(xì)胞的過(guò)程，受HD-ZIP III和WOX4等轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控[14-15]，楊樹中IAA3基因過(guò)表達(dá)會(huì)影響生長(zhǎng)素信號(hào)，降低形成層細(xì)胞的分裂活動(dòng)，抑制木材形成[16]；在木質(zhì)部細(xì)胞擴(kuò)增和伸長(zhǎng)過(guò)程中，兩種具有生物活性的赤霉素GA1和GA4主要聚集在擴(kuò)增木質(zhì)部細(xì)胞區(qū)域參與擴(kuò)增過(guò)程[17]；次生細(xì)胞壁的合成過(guò)程主要受纖維素合酶的影響，楊樹基因組中發(fā)現(xiàn)18個(gè)纖維素合酶基因[18]，其他一些蛋白如蔗糖酶也與纖維素合成有關(guān)[19]，此外，次生細(xì)胞壁的合成還受許多含NAC結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子、MYB轉(zhuǎn)錄因子以及赤霉素、水楊酸和油菜素內(nèi)酯的調(diào)控[20-22]。大量的研究表明，木本植物徑向生長(zhǎng)的分子調(diào)控十分復(fù)雜，雖取得了較大的進(jìn)展，但仍有許多未知亟待解析。

本研究對(duì)相同生長(zhǎng)環(huán)境和林齡的大花序桉形成層進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，開展不同徑級(jí)大花序桉形成層的差異表達(dá)基因和表達(dá)模式分析，挖掘大花序桉徑向生長(zhǎng)相關(guān)的基因和代謝通路，為桉樹鋸材樹種的木材產(chǎn)量提高和新型優(yōu)良品種的培育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)點(diǎn)位于廣西壯族自治區(qū)玉林市容縣容西鎮(zhèn)（110°09′E，22°39′N），試驗(yàn)材料為2004年5月份種植的大花序桉種源試驗(yàn)林，試驗(yàn)林采取統(tǒng)一的撫育措施。根據(jù)胸徑測(cè)定數(shù)據(jù)，設(shè)置5個(gè)不同的徑級(jí)，以總體均值μ為基礎(chǔ)徑級(jí)，大于和小于總體均值1倍和2倍標(biāo)準(zhǔn)差σ各設(shè)置1個(gè)徑級(jí)，每個(gè)徑級(jí)選擇6個(gè)單株取其形成層樣品，共30個(gè)樣品。取樣時(shí)間為2019年7月（大花序桉生長(zhǎng)旺季）上午9：00—11：00，在胸徑處向南一側(cè)用小刀將5 cm×5 cm的樹皮割除，用解剖刀輕輕向內(nèi)刮取木質(zhì)部外的幾層水狀細(xì)胞，迅速將其用錫箔紙包好置于干冰中帶回實(shí)驗(yàn)室提取RNA。

1.2 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及數(shù)據(jù)處理

RNA的提取利用EASY spin Plus植物RNA快速提取試劑盒（Aidlab）進(jìn)行，濃度和純度采用NanoDrop2000（Thermo Scientific）和Qubit 3.0（Thermo Scientific）進(jìn)行測(cè)定。采用Illumina TruseqTM RNA sample prep Kit（Illumina）試劑盒構(gòu)建文庫(kù)，在HiSeq 2000（Illumina）測(cè)序平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)序。使用Trimmomatic軟件對(duì)原始測(cè)序數(shù)據(jù)過(guò)濾，去除reads中的接頭序列，修剪掉3′端質(zhì)量值小于20的堿基，若剩余序列中仍含有質(zhì)量值小于10的堿基，則剔除整條序列，去除含N比率超過(guò)10%的reads，舍棄接頭及質(zhì)量修剪后長(zhǎng)度小于75 bp的reads。使用Hisat2軟件將質(zhì)控后得到的高質(zhì)量reads與巨桉參考基因組（Eucalyptus grandis v2.0）比對(duì)，采用QualiMap軟件進(jìn)行基因覆蓋度分析。

1.3 基因表達(dá)水平和表達(dá)模式分析

利用R程序包edgeR對(duì)不同徑級(jí)的樣本進(jìn)行基因表達(dá)差異分析，差異基因的篩選標(biāo)準(zhǔn)為樣本組間差異倍數(shù)（Fold Change）≥2且錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（FDR）<0.05，將得到的差異基因進(jìn)行GO和 KEGG富集分析。通過(guò)TCseq程序包進(jìn)行基因表達(dá)趨勢(shì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品胸徑顯著性檢驗(yàn)

從5個(gè)不同的徑級(jí)中各選取6個(gè)單株，各組的胸徑平均值如表1所示，各組胸徑均值分別為36.0、31.0、27.2、23.3和18.4 cm，最大組和最小組之間胸徑差異較大。對(duì)各組胸徑進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示不同經(jīng)級(jí)樣本的胸徑在0.001水平上差異顯著，多重比較顯示5個(gè)不同組別之間均存在顯著差異。大花序桉樣本徑向生長(zhǎng)上的顯著差異表明對(duì)其進(jìn)行形成層轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析可能獲得與徑向生長(zhǎng)相關(guān)的差異表達(dá)基因。

2.2 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)大花序桉群體各個(gè)徑級(jí)樣本形成層進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，共獲得204 GB原始測(cè)序數(shù)據(jù)。經(jīng)質(zhì)控后，獲得高質(zhì)量reads共1 364 837 824條，平均每個(gè)樣品45 494 594條；獲得高質(zhì)量堿基數(shù)202 857 185 891 bp，GC含量為48.53%～53.03%，平均GC含量為51.07%，Q30%（質(zhì)量值≥30的堿基所占比例）為93.42%～95.44%，均值為94.48%。以巨桉基因組為參考基因組進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)率為59.05%～72.18%，平均比對(duì)率為68.49%，比對(duì)上的序列中86.42%～93.25%比對(duì)到基因組的外顯子區(qū)域。測(cè)序統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，可用于下游分析。

2.3 不同徑級(jí)大花序桉差異基因分析

對(duì)所有樣品表達(dá)基因數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可檢測(cè)到的表達(dá)基因數(shù)量平均為20 656個(gè)，F(xiàn)PKM大于10的基因數(shù)量平均為7 858個(gè)。以FC≥2且FDR<0.05為顯著性標(biāo)準(zhǔn)閾值，以中徑級(jí)組（μ組）為對(duì)照，對(duì)不同徑級(jí)的大花序桉樣品進(jìn)行差異表達(dá)基因分析（圖1）。超高徑級(jí)組（μ+2σ）樣品相對(duì)中徑級(jí)組篩選出3 292個(gè)顯著差異表達(dá)基因，其中上調(diào)表達(dá)基因1 878個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因1 414個(gè)；大徑級(jí)組（μ+σ）樣品相對(duì)中徑級(jí)組篩選出3 876個(gè)顯著差異表達(dá)基因，其中上調(diào)表達(dá)基因2 314個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因1 562個(gè)；小徑級(jí)組（μ-σ）樣品相對(duì)中徑級(jí)組篩選出3 604個(gè)顯著差異表達(dá)基因，其中上調(diào)表達(dá)基因1 599個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因2 005個(gè)；超低徑級(jí)組（μ-2σ）樣品相對(duì)中徑級(jí)組篩選出4 565個(gè)顯著差異表達(dá)基因，其中上調(diào)表達(dá)基因2 850個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因1 715個(gè)。所有差異表達(dá)基因中，4組比較共有的差異表達(dá)基因共456個(gè)，超高徑級(jí)組和大徑級(jí)組上調(diào)表達(dá)基因與小徑級(jí)組和超低徑級(jí)組下調(diào)表達(dá)基因的共有基因共166個(gè)，超高徑級(jí)組和大徑級(jí)組下調(diào)表達(dá)基因與小徑級(jí)組和超低徑級(jí)組上調(diào)表達(dá)基因的共有基因共174個(gè)。

4個(gè)比較組共獲得8 794個(gè)差異表達(dá)基因，對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO功能注釋，主要集中在分子功能和生物過(guò)程兩大類，較少差異基因富集在細(xì)胞成分。GO富集分析顯示（圖2a），差異基因的主要功能富集于ADP結(jié)合、腺苷酸結(jié)合、核苷酸結(jié)合、碳水化合物衍生物結(jié)合、糖基轉(zhuǎn)移酶活性、有機(jī)環(huán)化合物結(jié)合、氧化還原酶活性等，與次生木質(zhì)部的形成密切相關(guān)，包括細(xì)胞的分裂分化以及纖維素和半纖維素等多糖沉積、木質(zhì)素單體合成和聚合等次生細(xì)胞壁生物合成的重要過(guò)程。差異基因的KEGG富集分析顯示（圖2b），差異基因顯著富集于細(xì)胞色素P450代謝、苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代謝、黃酮類生物合成、半乳糖代謝等通路，其中苯丙氨酸代謝途徑在植物生長(zhǎng)發(fā)育中具有重要作用，其下游主要有黃酮類化合物的合成分支途徑和木質(zhì)素的合成分支途徑。

2.4 不同徑級(jí)大花序桉形成層基因表達(dá)模式分析

對(duì)大花序桉形成層的表達(dá)基因進(jìn)行表達(dá)模式分析，將相似表達(dá)模式的基因劃分聚類，結(jié)果顯示（圖3），所有表達(dá)的基因共被聚類為10種表達(dá)模式，其中模式1和模式10隨大花序桉徑級(jí)的降低基因的表達(dá)量呈上升趨勢(shì)，模式6和模式9隨徑級(jí)的降低基因的表達(dá)量呈下降趨勢(shì)，其余模式隨徑級(jí)的降低基因的表達(dá)量呈不規(guī)則趨勢(shì)。模式1和模式9隨徑級(jí)降低呈上升或者下降的趨勢(shì)較為明顯，所有表達(dá)基因中共2 417個(gè)基因被聚類到模式1，其中780個(gè)基因?yàn)椴町惐磉_(dá)基因，被聚類到模式9的基因共有3 060個(gè)，其中711個(gè)基因?yàn)椴町惐磉_(dá)基因。

分別對(duì)模式1和模式9的基因進(jìn)行GO和KEGG富集分析，GO結(jié)果顯示，模式1中基因的主要功能富集在UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶活性、有機(jī)物運(yùn)輸和基于微管過(guò)程等，模式9中基因的主要功能富集在大分子生物合成過(guò)程、細(xì)胞酰胺代謝過(guò)程和非膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞器等。KEGG富集分析結(jié)果顯示，模式1基因主要富集在縫隙鏈接、磷酸肌醇代謝、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工等通路，模式9基因主要富集在Hippo信號(hào)通路和萜類骨架生物合成等代謝通路。

3 討 論

本研究比較分析了超高徑級(jí)、大徑級(jí)、中徑級(jí)、小徑級(jí)和超小徑級(jí)5個(gè)不同徑級(jí)大花序桉形成層的轉(zhuǎn)錄組，通過(guò)與中徑級(jí)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行比較，共篩選出8 794個(gè)差異表達(dá)基因。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，差異基因主要功能富集在碳水化合物衍生物結(jié)合、糖基轉(zhuǎn)移酶活性、有機(jī)環(huán)化合物結(jié)合、氧化還原酶活性等，這些功能均與次生木質(zhì)部的形成密切相關(guān)。其中，糖基轉(zhuǎn)移酶在次生細(xì)胞壁的生物合成中較為重要，GO分析顯示基因表達(dá)模式分析中模式1基因的主要功能同樣富集在UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶活性，糖基轉(zhuǎn)移酶的活性在大花序桉徑向生長(zhǎng)中具有重要作用。糖基轉(zhuǎn)移酶廣泛存在于植物中，是專門催化糖基從活化的供體分子轉(zhuǎn)移到糖類或非糖類受體分子上形成糖苷的酶，其供體分子通常為尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-glucose）[23-24]。較多研究表明糖基轉(zhuǎn)移酶參與木本植物次生細(xì)胞壁中碳水化合物的合成和架構(gòu)，直接影響木質(zhì)部的發(fā)育過(guò)程，如楊樹中已鑒定出25個(gè)與木材相關(guān)的糖基轉(zhuǎn)移酶[25]；若干糖基轉(zhuǎn)移酶家族成員參與葡糖木聚糖的生物合成[26]；通過(guò)對(duì)特定組織進(jìn)行基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄組學(xué)和生物信息學(xué)等分析，發(fā)現(xiàn)楊樹的纖維素合酶基因?qū)儆谔腔D(zhuǎn)移酶家族[27]。

木本植物的徑向生長(zhǎng)與木質(zhì)素的生物合成密切相關(guān)，木質(zhì)素的合成和積累速度越快，徑向生長(zhǎng)速度越快。木質(zhì)素是植物次生細(xì)胞壁所特有的一種苯丙烷類次生代謝物，主要由3種單體ρ-香豆醇（ρ-coumaryl alcohol）、松柏醇（coniferyl alcohol）和芥子醇（sinapyl alcohol）通過(guò)自由基偶聯(lián)聚合而成[28]。3種木質(zhì)素單體是苯丙氨酸代謝途徑的終產(chǎn)物，苯丙氨酸經(jīng)過(guò)脫氨反應(yīng)后，在芳香環(huán)上發(fā)生一系列的羥基化和甲基化修飾，側(cè)鏈發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終形成3種單體[29]。木質(zhì)素單體合成的一系列反應(yīng)由多個(gè)酶介導(dǎo)，包括一個(gè)解氨酶（PAL）、3個(gè)不同的細(xì)胞色素P450酶（C4H、C3′H和F5H）、2個(gè)甲基轉(zhuǎn)移酶（CCoAOMT和COMT）和2個(gè)氧化還原酶（CCR和CAD）等。陳沫等[30]挖掘和鑒定了不同種植密度下尾巨桉木質(zhì)部生成的關(guān)鍵基因，獲得了一批響應(yīng)種植密度的木質(zhì)部生成重要轉(zhuǎn)錄因子。本研究在對(duì)不同徑級(jí)差異基因的KEGG富集分析中發(fā)現(xiàn)，差異基因顯著富集于細(xì)胞色素P450代謝、苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代謝、黃酮類生物合成等代謝途徑，與木質(zhì)素的生物合成密切相關(guān)，表明這些差異基因?qū)Υ蠡ㄐ蜩竦膹较蛏L(zhǎng)有重要作用。

對(duì)林木徑向生長(zhǎng)分子調(diào)控機(jī)制的研究多采用幼苗作為研究材料，如Du等[31]對(duì)銀腺楊“84K”P. alba×P. glandulosa幼苗6個(gè)不同發(fā)育階段的莖段，通過(guò)單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組研究其從初生生長(zhǎng)到次生徑向生長(zhǎng)的連續(xù)發(fā)育過(guò)程；Zhou等[9]對(duì)巨桉幼苗第3節(jié)間到第11節(jié)間莖段的發(fā)育梯度進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析，解析了巨桉莖段從初生生長(zhǎng)向次生生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的差異表達(dá)基因，得到了可能對(duì)次生生長(zhǎng)重要的基因和轉(zhuǎn)錄因子。然而，林木在主莖干上的徑向生長(zhǎng)是林木蓄積增長(zhǎng)的重要來(lái)源，主莖干上形成層的分裂分化活動(dòng)可能與幼苗頂芽莖段存在差異。本研究以15年生的大花序桉為材料，對(duì)其胸徑處的形成層進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，解析徑向生長(zhǎng)相關(guān)的基因表達(dá)，對(duì)林業(yè)生產(chǎn)更具意義。

基因表達(dá)模式分析中，模式9隨徑級(jí)的降低基因的表達(dá)量呈下降趨勢(shì)，對(duì)模式9基因的KEGG富集分析顯示，模式9基因主要富集在Hippo信號(hào)通路、萜類骨架生物合成等代謝通路。其中Hippo信號(hào)通路是調(diào)控動(dòng)物細(xì)胞分裂、器官大小的信號(hào)通路，植物中同樣存在與Hippo信號(hào)通路核心元件Hippo/MST1/2和MOB1/Mats同源的SIK1和MOB1蛋白[32]。植物Hippo信號(hào)通路的首要功能可能是促進(jìn)細(xì)胞分裂退出與啟動(dòng)核內(nèi)復(fù)制周期，從而調(diào)控植物器官大小。對(duì)擬南芥sik1突變體的研究發(fā)現(xiàn)，突變體各器官大小、成熟器官細(xì)胞數(shù)量、細(xì)胞大小、核內(nèi)復(fù)制水平均顯著小于野生型，葉肉細(xì)胞退出有絲分裂、啟動(dòng)核內(nèi)復(fù)制的時(shí)機(jī)晚于野生型[33]。模式9中富集在Hippo信號(hào)通路的基因，其表達(dá)趨勢(shì)與擬南芥sik1突變體的研究結(jié)果相符，徑級(jí)即為器官大小，隨徑級(jí)的降低基因的表達(dá)量呈下降趨勢(shì)，模式9的基因與大花序桉徑向生長(zhǎng)相關(guān)。

本研究以大花序桉為材料開展徑向生長(zhǎng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組研究，分析不同徑級(jí)形成層的差異表達(dá)基因和表達(dá)趨勢(shì)，挖掘徑向生長(zhǎng)相關(guān)的基因和代謝通路，有助于理解桉樹徑向生長(zhǎng)的遺傳調(diào)控機(jī)制，促進(jìn)桉樹分子育種，提高桉樹鋸材樹種的木材產(chǎn)量和質(zhì)量，為新型優(yōu)良品種的培育提供理論基礎(chǔ)。然而，本研究只初步解析了徑向生長(zhǎng)相關(guān)的差異表達(dá)基因及相關(guān)代謝通路，后續(xù)仍需對(duì)徑向生長(zhǎng)起關(guān)鍵作用的基因或轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)一步挖掘、解析和驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

為了解大花序桉徑向生長(zhǎng)的機(jī)制，本研究對(duì)不同徑級(jí)的大花序桉形成層轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了測(cè)序，并開展了基因差異表達(dá)分析和表達(dá)模式分析。基因差異表達(dá)分析結(jié)果顯示，不同徑級(jí)的大花序桉存在大量的差異表達(dá)基因，主要富集于細(xì)胞色素P450代謝、苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代謝和黃酮類生物合成等與次生木質(zhì)部密切相關(guān)的重要代謝途徑?；虮磉_(dá)模式分析結(jié)果顯示，所有表達(dá)基因聚類為10個(gè)不同的表達(dá)模式，其中模式1和模式9分別隨著徑級(jí)的降低表達(dá)量呈現(xiàn)上升和下降趨勢(shì)，模式1基因的主要功能富集在UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶活性，模式9基因主要富集在Hippo信號(hào)通路、萜類骨架生物合成等代謝通路。本研究從轉(zhuǎn)錄組水平初步揭示了大花序桉徑向生長(zhǎng)相關(guān)的差異表達(dá)基因及相關(guān)的代謝通路，有關(guān)結(jié)果對(duì)深入研究林木徑向生長(zhǎng)機(jī)制，創(chuàng)制桉樹優(yōu)良新品種具有一定的參考價(jià)值。

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[本文編校：吳 彬]