基于RNA-seq解析鸭茅的分蘖调控机制

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鸭茅是世界知名禾本科优质牧草,在混播草地建植、种草养畜、石漠化生态治理及西南草地改良等工程中发挥了重要作用。分蘖是牧草重要农艺性状,对牧草产量、种子产量和无性繁殖能力有重要影响。虽然目前已经发现了一些影响分蘖形成的基因和机制,但其主要集中于一年生作物,鲜有涉及多年生牧草。本文中,我们基于全基因组测序数据,利用转录组学揭示多年生牧草鸭茅的分蘖调控机制,以期为多年生高产牧草的选育提供理论依据。主要结果如下:1.基于转录组学揭示独脚金内酯(SLs)对鸭茅分蘖的负调控作用。本研究通过鸭茅高分蘖材料‘AKZ-NRGR667’和低分蘖材料‘D20170203’不同组织的转录组研究,详细阐述了两者不同组织间差异基因的功能和表达模式,揭示了高分蘖型鸭茅通过降低SLs、ABA和GA的生物合成和提高氮代谢来促进分蘖的形成。并且通过磷饥饿试验初步验证了高分蘖材料‘AKZ-NRGR667’可能通过降低SLs的合成量来促进其分蘖的形成。因此,鸭茅通过调控DWARF27、CCD7、CCD8和MAX1等SLs通路基因的表达影响SLs的合成,进而调控鸭茅分蘖的形成。2.基于转录组学揭示鸭茅分蘖不同发育时期的动态调控机制。本研究通过鸭茅高分蘖材料‘AKZ-NRGR667’和低分蘖材料‘D20170203’分蘖不同发育时期的转录组研究,阐述了高/低分蘖材料不同发育时期差异基因的功能类别和表达模式,揭示了高分蘖型鸭茅通过提高卟啉和叶绿素代谢、叶黄素合成、氮代谢,降低GA生物合成来促进鸭茅分蘖的发育。因此,高分蘖材料‘AKZ-NRGR667’可能通过提高叶绿素和叶黄素合成来调控光合作用,进而促进分蘖的发育过程。3.基于全基因组对鸭茅GRAS转录因子家族进行鉴定和表达分析。根据鸭茅全基因组数据,本研究鉴定出46个鸭茅GRAS家族成员,并通过系统发育、基因结构、motif分析和表达模式分析揭示了鸭茅GRAS家族的特点。通过对8个物种进行系统发育分析,发现鸭茅GRAS家族基因进化具有一定保守性,与水稻、大麦和二穗短柄草的GRAS家族有较近的同源关系。46个鸭茅GRAS成员分为8个亚族,其中LISCL亚族成员数目最多。Motif 15可能是鸭茅LISCL亚族所特有的,而motif 6和motif 17则可能在鸭茅LISCL亚族中具有重要的功能。而表达模式分析发现DgGRAS17在鸭茅生长发育过程中起着重要的作用。
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