园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (12): 3288-3302.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0781
彭朝凤1,2, 齐帅征2, 耿喜宁2, 姚鹏强2, 谢丽华2, 张钰2,3, 陈明辉2, 施江1,*(
), 程世平2,*(
)
收稿日期:2025-05-29
修回日期:2025-09-26
出版日期:2025-12-25
发布日期:2025-12-20
通讯作者:
基金资助:
PENG Chaofeng1,2, QI Shuaizheng2, GENG Xining2, YAO Pengqiang2, XIE Lihua2, ZHANG Yu2,3, CHEN Minghui2, SHI Jiang1,*(
), CHENG Shiping2,*(
)
Received:2025-05-29
Revised:2025-09-26
Published:2025-12-25
Online:2025-12-20
摘要:
以不同倍性‘凤丹’牡丹(Paeonia ostii‘Fengdan’)盛花期和花衰败期叶片为试验材料,分析其叶片表型、解剖结构和转录组变化。结果表明,叶面积大小顺序为三倍体 > 四倍体 > 二倍体;叶片厚度与叶脉直径大小为四倍体 > 三倍体 > 二倍体。与二倍体叶片相比,盛开期三倍体叶片中SAUR23、SAUR32、ARR4、IPT3和IPT5等19个基因上调表达,四倍体叶片中SAUR78、CYCD3、ARP5、ZOG2、HEMD和HEME等18个基因上调表达;衰败期三倍体叶片中ARF10、IPT9和HEMB等10个基因上调表达,四倍体叶片中AHP4、CKX7、ZOG、UGT83A1、PAO和SGR等13个基因上调表达。对光合生物的固碳作用途径中的差异基因分析表明,GAPC、MDH在盛开期三倍体叶片中的表达量较高。加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)表明,TCTP、BTB、BRH1和PsMYC2等18个核心基因在三倍体中的表达量较高,GLY、NmrA-like和WAT1等15个核心基因在四倍体中高表达, qRT-PCR结果证明转录组测序数据可靠。表明这些基因的差异表达影响了多倍体‘凤丹’牡丹叶片的生长发育。
彭朝凤, 齐帅征, 耿喜宁, 姚鹏强, 谢丽华, 张钰, 陈明辉, 施江, 程世平. 不同倍性‘凤丹’牡丹叶片转录组差异表达分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(12): 3288-3302.
PENG Chaofeng, QI Shuaizheng, GENG Xining, YAO Pengqiang, XIE Lihua, ZHANG Yu, CHEN Minghui, SHI Jiang, CHENG Shiping. Differential Expressed Analysis by Transcriptome Sequencing in Leaves of Different Ploidy Paeonia ostii‘Fengdan’[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(12): 3288-3302.
图1 叶片取样位置示意图 a,b,c表示‘凤丹’牡丹复叶中小叶的取样位置
Fig. 1 Schematic diagram of leaf sampling location a,b,and c indicate the sampling positions of the leaflets in the compound leaf of‘Fengdan’
| 倍性 Ploidy | 叶长/cm Leaf length | 叶宽/cm Leaf width | 叶面积/cm2 Leaf area | 叶片厚度/μm Leaf thickness | 叶脉直径/μm Vein diameter |
|---|---|---|---|---|---|
| 二倍体 Diploid | 9.56 ± 0.50 a | 2.93 ± 0.25 b | 23.38 ± 2.08 b | 152.70 ± 15.34 c | 828.08 ± 46.42 b |
| 三倍体 Triploid | 9.03 ± 0.85 a | 5.80 ± 0.87 a | 34.86 ± 5.76 a | 206.76 ± 14.19 b | 840.70 ± 34.38 b |
| 四倍体 Tetraploid | 7.23 ± 0.25 b | 3.80 ± 0.50 b | 25.01 ± 3.01 b | 233.81 ± 18.95 a | 976.92 ± 56.21 a |
表 1 不同倍性‘凤丹’牡丹叶片生长差异
Table 1 Growth characteristics of different ploidy Paeonia ostii‘Fengdan’
| 倍性 Ploidy | 叶长/cm Leaf length | 叶宽/cm Leaf width | 叶面积/cm2 Leaf area | 叶片厚度/μm Leaf thickness | 叶脉直径/μm Vein diameter |
|---|---|---|---|---|---|
| 二倍体 Diploid | 9.56 ± 0.50 a | 2.93 ± 0.25 b | 23.38 ± 2.08 b | 152.70 ± 15.34 c | 828.08 ± 46.42 b |
| 三倍体 Triploid | 9.03 ± 0.85 a | 5.80 ± 0.87 a | 34.86 ± 5.76 a | 206.76 ± 14.19 b | 840.70 ± 34.38 b |
| 四倍体 Tetraploid | 7.23 ± 0.25 b | 3.80 ± 0.50 b | 25.01 ± 3.01 b | 233.81 ± 18.95 a | 976.92 ± 56.21 a |
| 样品 倍性 Sample Ploidy | 原始数据 Raw reads | 质控数据 Clean reads | 质控数据碱基数 Clean base(G) | Q20/% | Q30/% | GC含量/% GC Content | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 盛花期 Full flowering period | 二倍体 Diploid | 59 143 608 | 55 527 696 | 8.33 | 98.96 | 96.66 | 45.23 |
| 53 698 588 | 50 179 058 | 7.53 | 98.82 | 96.25 | 45.10 | ||
| 54 181 490 | 50 801 050 | 7.62 | 98.77 | 96.10 | 45.07 | ||
| 三倍体 Triploid | 43 391 280 | 41 104 402 | 6.17 | 98.85 | 96.31 | 45.15 | |
| 53 750 618 | 50 548 380 | 7.58 | 99.01 | 96.79 | 45.17 | ||
| 50 647 764 | 47 605 318 | 7.14 | 98.98 | 96.73 | 45.17 | ||
| 四倍体 Tetraploid | 57 476 282 | 54 146 594 | 8.12 | 98.96 | 96.66 | 45.05 | |
| 43 140 704 | 40 339 548 | 6.05 | 98.92 | 96.54 | 44.98 | ||
| 49 974 664 | 47 103 112 | 7.07 | 98.84 | 96.29 | 44.90 | ||
| 花衰 败期 Flower decay period | 二倍体 Diploid | 57 079 036 | 53 328 478 | 8.00 | 99.01 | 96.81 | 44.77 |
| 52 656 282 | 49 232 680 | 7.38 | 98.83 | 96.22 | 44.75 | ||
| 52 691 956 | 49 349 472 | 7.40 | 98.79 | 96.10 | 44.82 | ||
| 三倍体 Triploid | 58 114 202 | 54 795 360 | 8.22 | 98.91 | 96.47 | 44.95 | |
| 48 957 976 | 45 976 076 | 6.90 | 98.90 | 96.43 | 44.95 | ||
| 53 091 772 | 50 658 874 | 7.60 | 98.86 | 96.32 | 44.90 | ||
| 四倍体 Tetraploid | 57 574 644 | 55 121 600 | 8.27 | 98.76 | 96.04 | 44.88 | |
| 55 111 304 | 52 274 248 | 7.84 | 99.00 | 96.78 | 45.01 | ||
| 54 178 576 | 50 654 914 | 7.60 | 99.00 | 96.79 | 45.03 | ||
表2 转录组测序数据质量分析
Table 2 Quality analysis of transcriptome sequencing data
| 样品 倍性 Sample Ploidy | 原始数据 Raw reads | 质控数据 Clean reads | 质控数据碱基数 Clean base(G) | Q20/% | Q30/% | GC含量/% GC Content | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 盛花期 Full flowering period | 二倍体 Diploid | 59 143 608 | 55 527 696 | 8.33 | 98.96 | 96.66 | 45.23 |
| 53 698 588 | 50 179 058 | 7.53 | 98.82 | 96.25 | 45.10 | ||
| 54 181 490 | 50 801 050 | 7.62 | 98.77 | 96.10 | 45.07 | ||
| 三倍体 Triploid | 43 391 280 | 41 104 402 | 6.17 | 98.85 | 96.31 | 45.15 | |
| 53 750 618 | 50 548 380 | 7.58 | 99.01 | 96.79 | 45.17 | ||
| 50 647 764 | 47 605 318 | 7.14 | 98.98 | 96.73 | 45.17 | ||
| 四倍体 Tetraploid | 57 476 282 | 54 146 594 | 8.12 | 98.96 | 96.66 | 45.05 | |
| 43 140 704 | 40 339 548 | 6.05 | 98.92 | 96.54 | 44.98 | ||
| 49 974 664 | 47 103 112 | 7.07 | 98.84 | 96.29 | 44.90 | ||
| 花衰 败期 Flower decay period | 二倍体 Diploid | 57 079 036 | 53 328 478 | 8.00 | 99.01 | 96.81 | 44.77 |
| 52 656 282 | 49 232 680 | 7.38 | 98.83 | 96.22 | 44.75 | ||
| 52 691 956 | 49 349 472 | 7.40 | 98.79 | 96.10 | 44.82 | ||
| 三倍体 Triploid | 58 114 202 | 54 795 360 | 8.22 | 98.91 | 96.47 | 44.95 | |
| 48 957 976 | 45 976 076 | 6.90 | 98.90 | 96.43 | 44.95 | ||
| 53 091 772 | 50 658 874 | 7.60 | 98.86 | 96.32 | 44.90 | ||
| 四倍体 Tetraploid | 57 574 644 | 55 121 600 | 8.27 | 98.76 | 96.04 | 44.88 | |
| 55 111 304 | 52 274 248 | 7.84 | 99.00 | 96.78 | 45.01 | ||
| 54 178 576 | 50 654 914 | 7.60 | 99.00 | 96.79 | 45.03 | ||
图3 不同倍性与时期‘凤丹’牡丹叶片差异表达基因(DEG)(A)和维恩图(B) B2:盛开期二倍体;B3:盛开期三倍体;B4:盛开期四倍体;D2:衰败期二倍体;D3:衰败期三倍体;D4:衰败期四倍体
Fig. 3 Differential expression genes(DEG)(A)and venn diagram(B)in the leaves Paeonia ostii‘Fengdan’under different ploidys and periods B2:Diploid during the blooming period;B3:Triploid during the blooming period;B4:Tetraploid during the blooming period;D2:Diploid during the decline period;D3:Triploid during the decline period;D4:Tetraploid during the decline period
图4 多倍体‘凤丹’牡丹叶片中生长素信号传导(A)、细胞分裂素信号传导(B)、玉米素生物合成(C)和叶绿素代谢途径(D)差异表达基因的热图 B2:盛开期二倍体;B3:盛开期三倍体;B4:盛开期四倍体;D2:衰败期二倍体;D3:衰败期三倍体;D4:衰败期四倍体。下同
Fig. 4 Heatmap of the DEG in auxin signaling transduction(A),cytokinin signaling transduction(B),zeatin biosynthesis(C)and chlorophyll metabolic pathways(D)during polyploid leaf of Paeonia ostii‘Fengdan’ B2:Diploid during the blooming period;B3:Triploid during the blooming period;B4:Tetraploid during the blooming period;D2:Diploid during the decline period;D3:Triploid during the decline period;D4:Tetraploid during the decline period. The same below
图8 qRT-PCR验证转录组数据的稳定性 不同小写字母代表有显著差异(P < 0.05)
Fig. 8 The stability of transcriptome data was verified by qRT-PCR Different lowercase letters indicate significant differences(P < 0.05)
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