园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (6): 1505-1518.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0315
李姿燕1,2, 陈炜曦1,2, 李子涵1,2, 黎茵1,2, 梁峰铭5, 曾祥利5, 荐红举1,2,3,4,*(), 吕典秋1,2,3,4,*(
)
收稿日期:
2025-01-20
修回日期:
2025-03-06
出版日期:
2025-06-20
发布日期:
2025-06-20
通讯作者:
基金资助:
LI Ziyan1,2, CHEN Weixi1,2, LI Zihan1,2, LI Yin1,2, LIANG Fengming5, ZENG Xiangli5, JIAN Hongju1,2,3,4,*(), and LÜ Dianqiu1,2,3,4,*(
)
Received:
2025-01-20
Revised:
2025-03-06
Published:
2025-06-20
Online:
2025-06-20
摘要: 以早熟品种‘早大白’‘中薯5号’‘鄂马铃薯3号’与中晚熟品种‘大西洋’和‘青薯9号’为材料,分析了马铃薯顶端分生组织发育与结薯时间的关系,并利用RNA-Seq技术研究早大白与青薯9号差异表达基因的功能及可能参与的调控通路。结果表明,相比晚熟品种,早熟品种的顶端分生组织向生殖生长转变更早。转录组测序共鉴定出差异表达基因2 842个,其中与激素相关的基因85%集中在激素信号转导途径,特别是生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)等通路;另外,筛选到127个差异表达基因编码转录因子,分布在35个转录因子家族。GO和KEGG富集分析发现差异表达基因主要富集在光合作用、对激素的响应、植物昼夜节律、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导等过程。挑选20个可能影响马铃薯结薯早晚的候选基因进行荧光定量PCR验证。其中参与昼夜节律通路的基因FT、HY5,参与淀粉和蔗糖代谢通路的基因BGLU17、CWIN2、GH9B13在早大白中高表达;参与植物激素信号转导或合成代谢的基因GH3、RD22、HB16、CYP74A在早大白中高表达,而IAA17、MES1、RCA在青薯9号中高表达。此外,在早大白中高表达的GRP3可能通过影响生长发育从而调控马铃薯结薯早晚。这些基因可能通过调控光周期响应、激素信号转导、蔗糖水平等在马铃薯中发挥作用,从而影响马铃薯熟性。
李姿燕, 陈炜曦, 李子涵, 黎茵, 梁峰铭, 曾祥利, 荐红举, 吕典秋. 基于RNA-Seq筛选调控马铃薯熟性的候选基因[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1505-1518.
LI Ziyan, CHEN Weixi, LI Zihan, LI Yin, LIANG Fengming, ZENG Xiangli, JIAN Hongju, and LÜ Dianqiu. Screening Candidate Genes Controlling Potato Maturation Time Based on RNA-Seq[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(6): 1505-1518.
名称Name | 基因ID Gene ID | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(3′-5′)Reverse primer |
---|---|---|---|
GH3 | Soltu.DM.10G002010 | TGAAGCCATTCTCTGCCTAGACTC | AGCCAACACGAACGACTTCTCTG |
SAUR79 | Soltu.DM.08G022860 | GGTAGCAATCTTGACAAGGCGATG | TTCCTTTCCCACCAGCACAGTTAC |
IAA17 | Soltu.DM.03G035030 | GATGGAGACTGGATGCTTGTTGGA | CCTCCGTGCTCTTCATCAACCTAA |
RD22 | Soltu.DM.08G017220 | GGTGTCTATGGTGGGTGCTGATG | ATAGGCTTGTCTCCAGGCTTAACG |
HB16 | Soltu.DM.11G003380 | GGTTGGTTGTTCATCTCCGTTGA | TGTTGTTGTTGTTGTTGACGAAGG |
CYP74A | Soltu.DM.10G003720 | TGGATTGGAACATCAGGACCTAGT | ACCACAGACTTAACAAGAGGCATT |
MES1 | Soltu.DM.02G008550 | CCTGAAGAGCCTCGGACATCCA | GGTCTCACCAACGACGATGCTAAT |
MES3 | Soltu.DM.01G048330 | TGCCAATCCTCCAACAACCTTCAT | GTAGTAGCCAGTGCCCAGTCCT |
RCA | Soltu.DM.10G023180 | ACTCACCATCCTGTCTTGTCATCA | ATCCATCCAGCGTGTTGTCCAG |
GIM2 | Soltu.DM.08G001760 | ACTTGGTATGCCACCTCATTCAGA | TCGAGATGGTCGCCGGTATTG |
FT | Soltu.DM.05G026370 | CAAGCCCAAGCGACCCTAACTT | CGTAGGTGTTGGATTCTCGTAGCA |
COP1 | Soltu.DM.11G001010 | AGGAGGAAGAGGAAGAGGAAGAGG | AACTATGTCCACACGCCGTTAGAA |
HY5 | Soltu.DM.08G011730 | TGCCGCTAGTTCACTACCTTCAAG | ACATCGTTCCCGTCGCTTCTC |
GRP3 | Soltu.DM.09G030440 | ATTATGGAGGCGGCTATGGTAAGG | AGTCTGGGCAGCCACATATTCTTC |
RBCS3B | Soltu.DM.02G025840 | AGGTCTTGGCTGAGGTGGAGGA | AACTGATGCACTGCACTTGACGAA |
GH9B13 | Soltu.DM.09G023670 | ACGAGCGATCAGATTACGAGCAAT | TGAGCAAGGTAAGTGAGTGTTCCA |
BGLU45 | Soltu.DM.07G024580 | ACAAGGTGGAACGATAGGAATGGT | AGGATCAAGAAGCCAGGCAACAT |
ADG2 | Soltu.DM.01G024440 | GCAGGTGAGGCTAAGTTGAAGGAT | CCCATTGGAACGGCAGGCTTA |
BGLU17 | Soltu.DM.10G010830 | GTCGGCTCCCAAGATTCACAGTT | CAGCATGATTGTCAGTGGTGTAGC |
CWIN2 | Soltu.DM.10G025030 | ATGTTGGTTGGGTCAGGATGGTT | CCGTCAACTGAATGAAGTGGATGT |
表1 候选基因qRT-PCR引物序列
Table 1 qRT-PCR primer sequences of candidate genes
名称Name | 基因ID Gene ID | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(3′-5′)Reverse primer |
---|---|---|---|
GH3 | Soltu.DM.10G002010 | TGAAGCCATTCTCTGCCTAGACTC | AGCCAACACGAACGACTTCTCTG |
SAUR79 | Soltu.DM.08G022860 | GGTAGCAATCTTGACAAGGCGATG | TTCCTTTCCCACCAGCACAGTTAC |
IAA17 | Soltu.DM.03G035030 | GATGGAGACTGGATGCTTGTTGGA | CCTCCGTGCTCTTCATCAACCTAA |
RD22 | Soltu.DM.08G017220 | GGTGTCTATGGTGGGTGCTGATG | ATAGGCTTGTCTCCAGGCTTAACG |
HB16 | Soltu.DM.11G003380 | GGTTGGTTGTTCATCTCCGTTGA | TGTTGTTGTTGTTGTTGACGAAGG |
CYP74A | Soltu.DM.10G003720 | TGGATTGGAACATCAGGACCTAGT | ACCACAGACTTAACAAGAGGCATT |
MES1 | Soltu.DM.02G008550 | CCTGAAGAGCCTCGGACATCCA | GGTCTCACCAACGACGATGCTAAT |
MES3 | Soltu.DM.01G048330 | TGCCAATCCTCCAACAACCTTCAT | GTAGTAGCCAGTGCCCAGTCCT |
RCA | Soltu.DM.10G023180 | ACTCACCATCCTGTCTTGTCATCA | ATCCATCCAGCGTGTTGTCCAG |
GIM2 | Soltu.DM.08G001760 | ACTTGGTATGCCACCTCATTCAGA | TCGAGATGGTCGCCGGTATTG |
FT | Soltu.DM.05G026370 | CAAGCCCAAGCGACCCTAACTT | CGTAGGTGTTGGATTCTCGTAGCA |
COP1 | Soltu.DM.11G001010 | AGGAGGAAGAGGAAGAGGAAGAGG | AACTATGTCCACACGCCGTTAGAA |
HY5 | Soltu.DM.08G011730 | TGCCGCTAGTTCACTACCTTCAAG | ACATCGTTCCCGTCGCTTCTC |
GRP3 | Soltu.DM.09G030440 | ATTATGGAGGCGGCTATGGTAAGG | AGTCTGGGCAGCCACATATTCTTC |
RBCS3B | Soltu.DM.02G025840 | AGGTCTTGGCTGAGGTGGAGGA | AACTGATGCACTGCACTTGACGAA |
GH9B13 | Soltu.DM.09G023670 | ACGAGCGATCAGATTACGAGCAAT | TGAGCAAGGTAAGTGAGTGTTCCA |
BGLU45 | Soltu.DM.07G024580 | ACAAGGTGGAACGATAGGAATGGT | AGGATCAAGAAGCCAGGCAACAT |
ADG2 | Soltu.DM.01G024440 | GCAGGTGAGGCTAAGTTGAAGGAT | CCCATTGGAACGGCAGGCTTA |
BGLU17 | Soltu.DM.10G010830 | GTCGGCTCCCAAGATTCACAGTT | CAGCATGATTGTCAGTGGTGTAGC |
CWIN2 | Soltu.DM.10G025030 | ATGTTGGTTGGGTCAGGATGGTT | CCGTCAACTGAATGAAGTGGATGT |
图1 不同马铃薯品种在长日照(A、B)和短日照(C、D)条件下微型薯结薯时间和数量统计 早熟:早大白、中薯5号、鄂马铃薯3号;中晚熟:大西洋;晚熟:青薯9号。使用最小显著差异法对数据进行多重比较分析,不同小写字母表示差异显著,(P < 0.05)
Fig. 1 Statistics of tuberization time and number of microtuber in different potato cultivars under long day(A,B)and short day(C,D)condition Early maturing:Zaodabai,Zhongshu5,Eshu3;middle late maturing:Atlantic;late maturing:Qingshu9. The minimum significant difference method was used for multiple comparative analysis of the data. Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level
图2 长日照条件下马铃薯不同品种组培苗茎顶端分生组织发育 绿色箭头代表顶端分生组织进行营养生长,红色箭头代表顶端分生组织已转向生殖生长
Fig. 2 Stem apical meristem development of plantlet of various potato cultivars under long day condition The green arrows indicates that the apical meristem has undergone vegetative growth,the red arrow indicates that the apical meristem has shifted to reproductive growth
图3 马铃薯品种早大白与青薯9号差异基因表达模式聚类分析(A)和表达量差异统计(B)
Fig. 3 Cluster analysis of differential gene expression pattern(A)and statistical difference of expression level(B) between potato cultivars Zaodabai and Qingshu 9
图6 马铃薯品种早大白与青薯9号差异表达基因GO(A)和KEGG(B)富集分析
Fig. 6 GO(A)and KEGG(B)enrichment analysis of differentially expressed genes of potato cultivars Zaodabai and Qingshu 9
图7 马铃薯熟性相关候选基因表达模式分析 使用t检验对数据进行分析,*代表显著性水平P ≤ 0.05;**代表显著性水平P ≤ 0.01;ns代表无显著性
Fig. 7 Analysis of candidate gene expression patterns related to potato maturation time t-Test was used to analyze the data,* represents a significance level of P ≤ 0.05,** represents a significance level of P ≤ 0.01,ns represents no significance
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