中國沙棘雌雄花芽轉(zhuǎn)錄組分析

摘要：[目的]篩選中國沙棘雌雄花發(fā)育相關(guān)的基因，探究其雌雄異株性別分化的分子機(jī)制。[方法]石蠟切片觀察中國沙棘花芽發(fā)育過程。選擇花蕾分化期和生殖細(xì)胞發(fā)育期的雌雄花芽進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，分析差異表達(dá)基因，GO和KEGG富集分析篩選雌雄花發(fā)育相關(guān)的通路和基因。并采用RT-qPCR驗(yàn)證測序分析結(jié)果。[結(jié)果]切片觀察確認(rèn)中國沙棘開花前一年7月底8月初為花蕾分化期，當(dāng)年4月初為生殖細(xì)胞發(fā)育期?；ㄑ哭D(zhuǎn)錄組測序共組裝得到78 199個(gè)Unigenes；花蕾分化期和生殖細(xì)胞發(fā)育期分別有1 528和4 932個(gè)基因在雌雄花芽之間差異表達(dá)。差異表達(dá)基因顯著富集到了糖代謝、次生物質(zhì)代謝相關(guān)通路，涉及生長索、脫落酸、赤霉素和茉莉酸等植物激素通路。篩選出許多其他植物中鑒定出的雌雄花分化和發(fā)育相關(guān)的基因，例如TM6、MADS3、MADS9、AS2、CRC、SPL8、SPL9、CPK17、RALF1、PPME1、CDC2、PRK3、PRK6等。[結(jié)論]糖代謝、次生物質(zhì)代謝和激素相關(guān)通路對中國沙棘雌雄花分化和發(fā)育具有重要的作用。

關(guān)鍵詞：中國沙棘；轉(zhuǎn)錄組；雌雄異株，花芽分化；差異表達(dá)基因

中圖分類號(hào)：Q941+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-1498（2025）01-0095-11

雌雄異株雖然只占被子植物總數(shù)的5％～6％，但已經(jīng)獨(dú)立進(jìn)化了上千次。植物性別分化是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及多種調(diào)控途徑，主要由性別決定基因作為上游主調(diào)節(jié)器、激素信號(hào)傳導(dǎo)等中間途徑、MADS-box等花發(fā)育基因相關(guān)的下游途徑共同調(diào)控。目前通過轉(zhuǎn)錄組鑒定性別分化相關(guān)的基因和通路仍然是研究植物雌雄分化的重要方法之一。田天等通過三葉木通（Akebia trifoliata （Thunb.）Koidz.）雌雄花芽的轉(zhuǎn)錄組測序，推測激素以及MADS-box家族基因調(diào)控三葉木通雌雄花芽分化。Masuda等通過六倍體柿子（hexaploid Diospyros kaki Thunb）雌雄花的轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)了調(diào)控六倍體柿子性別分化的新途徑。

沙棘（Hippophae thamnoides L.）屬于胡頹子科（Eleagnaceae）沙棘屬（Hippophae），雌雄異株植物，是重要的生態(tài)經(jīng)濟(jì)物種。沙棘共包括9個(gè)亞種，中國沙棘（H.thamnoides subsp，sinensis Rousi）是沙棘中分布面積最大、數(shù)量最多的亞種，也是我周開發(fā)和利用最多的類群。目前對中國沙棘雌雄分化的研究仍然很少。周武等利用轉(zhuǎn)錄組分析找到一些在中國沙棘雌雄葉片中差異表達(dá)的基因，但很難判斷這些基因是否和中國沙棘性別分化有關(guān)。

中國沙棘的花屬于II型單性花，花分生組織只形成雌蕊或雄蕊原基，不經(jīng)歷兩性階段，因此花蕾分化期是中國沙棘雌雄花性別分化的關(guān)鍵時(shí)期。根據(jù)李曉燕等對花發(fā)育過程的觀察，中國沙棘開花前一年7月中旬至8月初是花蕾分化期，第二年4月是生殖細(xì)胞發(fā)育期。在此基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步通過切片的觀察驗(yàn)證其發(fā)育階段，選取中國沙棘花蕾期以及生殖細(xì)胞發(fā)育期的花芽進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。沙棘是XY性別決定系統(tǒng)，已發(fā)表的基因組都是雌性基因組，為避免Y染色體特異基因無法檢測，本研究通過從頭組裝轉(zhuǎn)錄本篩選中國沙棘雌雄花分化和發(fā)育相關(guān)的基因。該研究可為揭示中國沙棘的性別決定機(jī)制提供參考，也為中國沙棘的分子育種提供基礎(chǔ)資料。