基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控

doi:10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0376

园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (4): 933-946.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0376

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基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控

邵一帆¹, 朱宝庆¹, 王童欣¹, 廖建和², 吴繁花³, 杨思怡¹, 冯建行¹, 于旭东¹^,^*()

¹ 海南大学热带农林学院，热带特色林木花卉遗传与种质创新教育部重点实验室，海南省热带特色花木资源生物学重点实验室，海南儋州 571737
² 海南大学材料科学与工程学院，海口 570228
³ 海南大学生命科学学院，海口 570228

收稿日期:2025-01-08 修回日期:2025-02-20 出版日期:2025-05-08 发布日期:2025-04-25
通讯作者:
*E-mail：yuxd@hainanu.edu.cn
基金资助:
海南省重点研发计划项目(ZDYF2021SHFZ258); 海南省重大科技计划项目(ZDKJ2021018)

Research of Genetic Regulation of Bombax ceiba Prickle Based on Hormone，Transcriptome and Metabolome

SHAO Yifan¹, ZHU Baoqing¹, WANG Tongxin¹, LIAO Jianhe², WU Fanhua³, YANG Siyi¹, FENG Jianhang¹, YU Xudong¹^,^*()

¹ Key Laboratory of Genetics and Germplasm Innovation of Tropical Forest Trees and Ornamental Plants（Ministry of Education）;Key Laboratory of Germplasm Resources Biology of Tropical Special Ornamental Plants of Hainan Province，School of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University，Danzhou，Hainan 571737，China
² School of Materials Science and Engineering，Hainan University，Haikou 570228，China
³ College of life sciences，Hainan University，Haikou 570228，China

Received:2025-01-08 Revised:2025-02-20 Published:2025-05-08 Online:2025-04-25

摘要/Abstract

摘要：

以木棉（Bombax ceiba）上部少刺区和基部多刺区茎皮为材料，通过植物激素测定、转录组学和代谢组学等方法，探究木棉皮刺形成的关键调控基因。激素测定发现，少刺区茎皮脱落酸、茉莉酸和水杨酸含量高于多刺区，而多刺区赤霉素含量高于少刺区。转录组测序发现，在有刺区，生长素生物合成通路中，Aux/IAA蛋白基因和生长素响应因子ARF基因的表达高于无刺区；细胞分裂素生物合成通路中 B-ARR基因表达高于无刺区；在无刺区，赤霉素生物合成通路中，GID1、DELLA和TF基因的表达高于有刺区；茉莉酸生物合成通路中，JAR1、JAZ和MYC2基因的表达高于有刺区。通过qRT-PCR验证了13个（BRI1、BZR1/2、AUX1、AUX/IAA、ARF、DELLA、JAR1、TGA、PR-1、SIMKK、MYB62、MYB123和WRKY28）影响木棉皮刺发育的关键基因，与高通量测序结果一致，表明RNA-Seq结果可靠。代谢组学筛选出了2 187个代谢物和92个差异代谢物，确定苯丙素生物合成通路中的CCR、COMT基因以及类黄酮生物合成途径中FLS基因与木棉皮刺形成有关；缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的代谢通路中，代谢物（2S）-2-异丙基苹果酸和（2R,3S）-3-异丙基苹果酸以及类黄酮生物合成途径中的槲皮素参与木棉皮刺形成。

关键词: 木棉, 皮刺, 植物激素, 转录组, 代谢组

Abstract:

Key regulatory genes that create prickles in Bombax ceiba were explored via phytohormone assays，transcriptomics，and metabolomics by use of the stem bark from the upper less prickly zone and lower prickly zone. The phytohormone assay revealed that abscisic acid，jasmonic acid，and salicylic acid were higher in the less prickly zone than in the prickly zone，whereas gibberellin was higher in the more prickly zone than in the less prickly zone. Transcriptome sequencing revealed that in the growth hormone biosynthesis pathway，the expression of Aux/IAA protein genes and growth hormone response factor ARF genes was higher in the prickly zone than in the less prickly zone. In the cytokinin biosynthesis pathway，the expression of B-ARR genes was higher in the prickly zone than in the less prickly zone whereas，in the gibberellin biosynthesis pathway，the expression of the GID1，DELLA，and TF genes was higher in the less prickly zone than in the prickly area. Furthermore，the expression of the JAR1，JAZ，and MYC2 genes was higher in the less prickly zone than in the prickly zone in the jasmonic acid biosynthesis pathway. Overall，13 key genes（BRI1，BZR1/2，AUX1，AUX/IAA，ARF，DELLA，JAR1，TGA，PR-1，SIMKK，MYB62，MYB123，and WRKY28） that affected the development of cottonwood prickles were verified by qRT-PCR，which were similar to the results of high-throughput sequencing；thus，supporting the reliability of the RNA-Seq results. Metabolomics screened 2 187 metabolites and 92 differential metabolites and identified that the CCR and COMT genes in the phenylpropanoid biosynthesis pathway as well as FLS genes in the flavonoid biosynthesis pathway, were related to the formation of cottonwood prickles. In addition，the metabolites（2S）-2-isopropylmalic acid and （2R,3S）-3-isopropyl malate in the valine，leucine，and isoleucine metabolic pathways and quercetin in the flavonoid biosynthesis pathway are involved in cottonwood prickle formation.

Key words: Bombax ceiba, prickle, plant hormones, transcriptome, metabolome

邵一帆, 朱宝庆, 王童欣, 廖建和, 吴繁花, 杨思怡, 冯建行, 于旭东. 基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 933-946.

SHAO Yifan, ZHU Baoqing, WANG Tongxin, LIAO Jianhe, WU Fanhua, YANG Siyi, FENG Jianhang, YU Xudong. Research of Genetic Regulation of Bombax ceiba Prickle Based on Hormone，Transcriptome and Metabolome[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(4): 933-946.

图/表 11

参考文献 26

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引物 Primer	正引物序列（5′-3′） Forward primer	反引物序列（5′-3′） Reverse primer	基因ID Gene ID
BRI1	GGAGGTCATAAACAGCCC	TCCTTCAAGTCCCCAATC	evm.model.Scaffold196.5
BZR1/2	ACCTCTATCTTCCCCTAC	CATCAGACTCATCGCATT	evm.model.Scaffold21.213
AUX1	ACCCGAGAAGAGGGAAAA	AGAAGGAATAGGGCAGCG	evm.model.Scaffold500.291
AUX/IAA	GCGAACTCACCAAAAACA	AATAGAGCGAGCAGCAAC	evm.model.Scaffold262.58
ARF	TGTGGAATCAGACGAAGT	TCCCGATAGAGTAAATGG	evm.model.Scaffold181.29
DELLA	ATGGAGGTAAAAGGAACG	CATCAGCAAAATAGTGGG	evm.model.Scaffold132.216
JAR1	GCTCTGGCACTACTCAA	CAGCAAACAAACCACCTT	evm.model.Scaffold221.79
TGA	AGATTGGTATGTGGGGAG	TCGTCAGCATCACTTCCT	evm.model.Scaffold127.460
PR-1	CCCAATCTATTCCACCTC	ATCGGGCACATTTCTCAA	evm.model.Scaffold2351.33
SIMKK	TCCCAGAAACGGAGAGAC	AGTAGAAGGAGTAGGCGG	evm.model.Scaffold66.339
MYB62	GGGAGAACGGAAAATGAG	TGGATGAACAAGAGGATG	evm.model.Scaffold144.195
MYB123	CGTTACAGCCACCACCAA	CATCAAGCACTGCGAATC	evm.model.Scaffold498.25
WRKY28	TCAGTTTCTTCCTCCTCT	TCCTCCACCTGTATCCAT	evm.model.Scaffold46.3

引物 Primer	正引物序列（5′-3′） Forward primer	反引物序列（5′-3′） Reverse primer	基因ID Gene ID
BRI1	GGAGGTCATAAACAGCCC	TCCTTCAAGTCCCCAATC	evm.model.Scaffold196.5
BZR1/2	ACCTCTATCTTCCCCTAC	CATCAGACTCATCGCATT	evm.model.Scaffold21.213
AUX1	ACCCGAGAAGAGGGAAAA	AGAAGGAATAGGGCAGCG	evm.model.Scaffold500.291
AUX/IAA	GCGAACTCACCAAAAACA	AATAGAGCGAGCAGCAAC	evm.model.Scaffold262.58
ARF	TGTGGAATCAGACGAAGT	TCCCGATAGAGTAAATGG	evm.model.Scaffold181.29
DELLA	ATGGAGGTAAAAGGAACG	CATCAGCAAAATAGTGGG	evm.model.Scaffold132.216
JAR1	GCTCTGGCACTACTCAA	CAGCAAACAAACCACCTT	evm.model.Scaffold221.79
TGA	AGATTGGTATGTGGGGAG	TCGTCAGCATCACTTCCT	evm.model.Scaffold127.460
PR-1	CCCAATCTATTCCACCTC	ATCGGGCACATTTCTCAA	evm.model.Scaffold2351.33
SIMKK	TCCCAGAAACGGAGAGAC	AGTAGAAGGAGTAGGCGG	evm.model.Scaffold66.339
MYB62	GGGAGAACGGAAAATGAG	TGGATGAACAAGAGGATG	evm.model.Scaffold144.195
MYB123	CGTTACAGCCACCACCAA	CATCAAGCACTGCGAATC	evm.model.Scaffold498.25
WRKY28	TCAGTTTCTTCCTCCTCT	TCCTCCACCTGTATCCAT	evm.model.Scaffold46.3

样品 Sample	总读取数Total Reads	比对数 Reads mapped	唯一比对数 Unique mapped	多重比对数 Multi mapped	Read1比对数 Read1 mapped	Read2比对数 Read2 mapped	正链比对数 ‘+’mapped	负链比对数 ‘-’mapped
LP-1	43 929 340	29 341 819（66.79%）	28 260 900（64.33%）	10 809 19（2.46%）	14 203 787（32.33%）	14 057 113（32.00%）	14 115 917（32.13%）	14 144 983（32.20%）
LP-2	47 777 116	32 339 797（67.69%）	31 122 901（65.14%）	12 168 96（2.55%）	15 637 980（32.73%）	15 484 921（32.41%）	15 545 737（32.54%）	15 577 164（32.60%）
LP-3	46 733 462	30 526 628（65.32%）	29 400 369（62.91%）	11 262 59（2.41%）	14 773 962（31.61%）	14 626 407（31.30%）	14 684 755（31.42%）	14 715 614（31.49%）
P-1	45 162 140	28 053 596（62.12%）	26 901 920（59.57%）	11 516 76（2.55%）	13 517 914（29.93%）	13 384 006（29.64%）	13 440 797（29.76%）	13 461 123（29.81%）
P-2	44 355 554	28 766 857（64.86%）	27 560 164（62.13%）	12 066 93（2.72%）	13 849 789（31.22%）	13 710 375（30.91%）	13 770 449（31.05%）	13 789 715（31.09%）
P-3	43 934 068	27 565 859（62.74%）	26 383 331（60.05%）	11 825 28（2.69%）	13 135 656（29.90%）	13 247 675（30.15%）	13 184 883（30.01%）	13 198 448（30.04%）

样品 Sample	总读取数Total Reads	比对数 Reads mapped	唯一比对数 Unique mapped	多重比对数 Multi mapped	Read1比对数 Read1 mapped	Read2比对数 Read2 mapped	正链比对数 ‘+’mapped	负链比对数 ‘-’mapped
LP-1	43 929 340	29 341 819（66.79%）	28 260 900（64.33%）	10 809 19（2.46%）	14 203 787（32.33%）	14 057 113（32.00%）	14 115 917（32.13%）	14 144 983（32.20%）
LP-2	47 777 116	32 339 797（67.69%）	31 122 901（65.14%）	12 168 96（2.55%）	15 637 980（32.73%）	15 484 921（32.41%）	15 545 737（32.54%）	15 577 164（32.60%）
LP-3	46 733 462	30 526 628（65.32%）	29 400 369（62.91%）	11 262 59（2.41%）	14 773 962（31.61%）	14 626 407（31.30%）	14 684 755（31.42%）	14 715 614（31.49%）
P-1	45 162 140	28 053 596（62.12%）	26 901 920（59.57%）	11 516 76（2.55%）	13 517 914（29.93%）	13 384 006（29.64%）	13 440 797（29.76%）	13 461 123（29.81%）
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P-3	43 934 068	27 565 859（62.74%）	26 383 331（60.05%）	11 825 28（2.69%）	13 135 656（29.90%）	13 247 675（30.15%）	13 184 883（30.01%）	13 198 448（30.04%）

基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控

Research of Genetic Regulation of Bombax ceiba Prickle Based on Hormone，Transcriptome and Metabolome

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基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控

Research of Genetic Regulation of Bombax ceiba Prickle Based on Hormone，Transcriptome and Metabolome

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