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中国樱桃(Prunus pseudocerasus)属蔷薇科(Rosaceae)李亚科(Prunoideae)李属(Prunus),是我国重要的栽培果树之一。其果实具有璀璨晶莹、形娇味美、营养丰富等特点,深受消费者喜爱。中国樱桃与其它落叶果树一样,都有典型自然休眠现象。休眠是果树渡过温带严寒的一种方式,若花芽不能正常解除休眠,则会出现开花不整齐、坐果率低等问题,直接影响果实的品质和产量。落叶果树休眠是十分复杂的过程,目前认为足够的低温积累是诱导中国樱桃花芽休眠解除的关键因素之一。但由于缺少中国樱桃基因组信息,花芽休眠的分子机制仍不清楚。因此本研究利用RNA-Seq技术构建了中国樱桃优良品种‘短柄樱桃’(Prunuspseudocerasus cv.‘Duanbing’)花芽转录组均一化文库和不同休眠状态花芽的数字基因表达谱(Digital Gene Expression Profiling,DGE),并筛选了差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs),分析了该转录组中具有全长序列的MADS-box转录因子编码基因,克隆了3个与樱桃花芽休眠相关的MADS基因(Dormancy associated MADS-box,DAM),为进一步揭示低温诱导中国樱桃花芽休眠解除的分子生物学机制奠定了基础。 主要结果如下: (1)通过对樱桃休眠花芽均一化转录组文库测序,获得了Clean reads47,599,914个,最终拼接获得平均序列长度为837bp的Unigene序列50,604条,GO功能分类结果分析发现有16,186个Unigene被分别注释到生物学过程(biological process)、分子功能(molecular function)和细胞组分(cellular component)。利用KEGG数据库,将21,143个Unigenes序列被分别注释到128个代谢通路。其中比例最高的是代谢途径(KO01100:5077 Unigenes,24.01%),其次是次生代谢物合成途径(KO01110:2518 Unigenes,11.91%),植物病原交互途径(KO04626:1381 Unigenes,6.53%)以及植物激素信号转导途径(KO04075:1048 Unigenes,4.96%)。 (2)利用RNA-seq技术构建了深度休眠期、50%休眠解除期和100%休眠解除期的樱桃花芽(FB0、FB365、FB724) DGE。通过两两文库比对,分析发现三个文库得到总clean reads都高于6M,其中FB0-VS-FB365有259个上调和1385个下调DEGs; FB0-VS-FB724有1103个上调和1853个下调DEGs; FB365-VS-FB724有940个上调和513个下调DEGs。通过GO功能分析显示(P≤0.05),在FB0-VS-FB365中富集的10个GO条目,其中最显著的是光合膜(photosyntheticmembrane),FB365-VS-FB724中富集的有1个GO条目,为细胞外区域(extracellular region),在FB0-VS-FB724中富集的有4个GO条目。Pathway分析表明(Q≤0.05),FB0-VS-FB365、FB365-VS-FB724和FB0-VS-FB724中分别有889、909和1712个DEGs各被注释到111、111和120的KEGG代谢通路,涉及多种代谢途径。在FB0-VS-FB365、FB365-VS-FB724、FB0-VS-FB724中分别有572(64.3%)、771(84.8%)、1385(80.9%)个DEGs被分别注释到13、16、17个代谢通路。随机挑选DEGs的Q-PCR数据与RNA-Seq的数据变化趋势基本一致,呈极显著水平,说明基于RNA-Seq分析的基因表达谱数据结果具有较高可信性的。 (3)从樱桃花芽转录组分析中,获得18个具有全长开放阅读框的MADS-box转录因子(PpcMADS),对它们编码的氨基酸基本性质和结构进行了系统分析结果表明,除KP347550和KP347552以外,均属于MIKC家族,大部分为不稳定碱性亲水蛋白,二级结构中同时含有α-螺旋、β-转角、扩展链和无规则卷曲结构,其中α-螺旋所占比例最高。亚细胞定位分析显示,MADS-box蛋白主要定位在细胞核中,而KP347549、KP347545和KP347552分别定位到细胞质和质膜的几率较高。序列主要含有四个保守基序,其中基序1为该基因家族的保守基序,含有MADS盒。PpcMADS转录因子可以分为AP3亚组、PI亚组、SHP亚组、AG亚组、AP1亚组、SEP亚组、SOC亚组、SVP亚组及4个未知亚组。KM243368、KM243373、KM243375、KP347546、KP347547、KP347551和KP347552只在花中表达,KM243377和KP347550在花和果实中均不表达,其他9个基因在两个组织中都表达。 (4)进一步使用RACE技术克隆了3个与花芽休眠相关MADS转录因子(PpcDAM),聚类分析结果表明,这3个基因分别与桃、梅的休眠相关MADS转录因子DAM4、DAM5和DAM6单独聚成一支,且与李属植物的MADS-box基因关系最近,分别将三个基因命名为PpcDAM4、PpcDAM5和PpcDAM6,其基因表达与休眠解除过程具有相似趋势。随着内休眠的解除,呈下调表达,在生态休眠期维持较低水平,推测认为这3个基因可能对花芽休眠具有调控作用。为进一步分析基因表达模式,克隆了PpcDAM4基因启动子,对该启动子序列进行预测分析,发现该序列中除含有高等植物基因启动子特征功能元件,还含有CRT/DRE识别位点,通过双荧光素酶瞬时表达,发现C-repeat binding transcriptionfactor(CBF)对该启动子具有促进调控作用,认为低温响应可能是通过CBF途径介导的。另外,将PpcDAM6基因遗传转化拟南芥,通过种子萌发试验,发现转基因种子明显受到抑制,说明该基因在樱桃花芽中被低温诱导表达,对花芽的萌发具有抑制作用。根据以上研究结果,我们认为PpcDAM基因可能参与了中国樱桃花芽休眠与休眠解除调控,但其调控机制仍需深入研究。