‘莓红’草莓花瓣发育过程花色苷变化及相关基因的差异表达研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:binghemiao
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本研究以红花草莓品种‘莓红’为研究材料,观察其花器官动态变化和花朵发育过程中花色表型变化,检测不同发育时期花瓣的色素含量,并对四个时期的花瓣进行转录组测序,分析不同发育时期草莓花瓣基因的表达差异,筛选草莓花不同发育时期花色苷生物合成的相关结构基因及调节基因,对这些差异基因进行qRT-PCR验证,主要研究结果如下:1.‘莓红’草莓是一个具有较大观赏和食用价值的草莓品种,花瓣数目差异大,具有形成重瓣花的潜力。‘莓红’草莓花朵花瓣数以5枚、6枚和7枚为主,萼片数量以10枚、11枚和12枚为主,雄蕊数20~30个之间,花瓣数与萼片数之间存在显著正相关;单花花冠径20~30 mm,花瓣数与花冠径大小之间不存在相关性;花瓣大多数呈重叠状态;花苞4 mm时,花瓣尚未着色,再经过6 d花瓣就可完全展开,花朵达完全盛开状态;花朵完全盛开时花瓣红蓝度色值a~*为55.00~60.00,黄绿度色值b~*为0.00~10.00,彩度C~*为55.00~62.50,C~*主要由a~*贡献。2.花色苷的积累是‘莓红’草莓花瓣颜色变红的原因。从花苞到花瓣半展状态,花瓣中花色苷含量不断积累,当花朵完全盛开时,花瓣中花色苷降解,含量降低;质谱分析共鉴定出花瓣中含矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和天竺葵素-3-O-葡萄糖苷两种花色苷物质。3.对四个发育时期(S1、S2、S3和S6)花瓣进行转录组测序得到的样本clean reads均达99.83%以上,有效reads皆在98.42%以上,与参考基因组(Fragaria x ananassa Camarosa Genome Assembly v1.0.a1)的比对率均达到89%以上;对差异基因进行趋势分析,共得到34036个趋势基因;共有7512个差异趋势基因得到KEGG注释,其中有94个基因参与类黄酮生物合成,6个基因(即maker-Fvb7-4-augustus-gene-3.55、maker-Fvb7-3-augustus-gene-14.53、maker-Fvb7-1-augustus-gene-319.41、maker-Fvb7-2-snap-gene-316.69、maker-Fvb7-2-snap-gene-279.55和maker-Fvb7-4-snap-gene-17.52)参与花青素生物合成。从差异基因中可鉴定出124个与花色苷合成途径相关的差异结构基因(包含修饰与转运相关基因),同时鉴定出109个R2R3-MYB和148个b HLH差异基因,筛选出可能参与花色苷合成的6个R2R3-MYB(即Fa MYB82、Fa MYB6、Fa MYB90、Fa MYB305-1、Fa MYB305-2和Fa MYB305-3)和2个b HLH(即Fab HLH35和Fab HLH94)转录因子,6个R2R3-MYB和2个b HLH转录因子经系统发育树分析发现分别都与拟南芥等参与花色苷调控的相关转录因子聚集在一起,表明这些基因都极有可能参与花色苷的生物合成。4.qRT-PCR结果显示‘莓红’草莓花瓣中花色苷合成相关的10个结构基因和8个调节基因的相对表达量基本都与转录组测序得到的表达量变化趋势一致,4个结构基因(即Fa4CL-1、Fa4CL-2和Fa DFR和Fa3GT)与花色苷含量间具有强正相关,5个R2R3-MYB(即Fa MYB6、Fa MYB305-1、Fa MYB305-2、Fa MYB305-3和Fa MYB90)和1个b HLH(Fab HLH94)与花色苷含量间具有显著正相关性,与结构基因Fa PAL、Fa4CL、Fa DFR和Fa3GT之间呈极显著极强正相关;另两个转录因子(即Fa MYB82和Fab HLH94)与花色苷含量呈负相关,与Fa PAL、Fa4CL、Fa DFR和Fa3GT之间呈极显著极强负相关,表明所选的8个转录因子可能通过调节Fa PAL、Fa4CL、Fa DFR和Fa3GT的表达而影响‘莓红’草莓花瓣花色苷的合成。
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