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“光鲜亮丽”基于转录调控的色泽研究

发布时间:2023-7-27 11:16:05阅读次数: 分享到:

伴随着植物学研究的发展,对植物的研究也涉及到了方方面面,比如基于植物分子生物的表达调控研究、基于植物发育生物学的发育研究、基于植物生态学的分类、进化研究、基于植物生物技术的遗传转化、工艺研究等等…


图1.植物研究方向


多种多样的植物构建了绚丽多彩的生物圈,而我们对于植物的研究最直观的,毫无疑问就是对植物色泽的研究。


植物色泽主要分为花色和果皮色泽两个方向:

  1. 花色是开花植物的直观性状,也是观赏植物的重要特征之一。对于花色的研究和形成规律的探索具有极高的经济价值和农业价值;

  2. 果皮色泽可以直观体现果实的成熟程度及品质,是对于果皮色泽的研究可以直观体现植物的营养、病虫害等情况。


图2.不同的果皮色泽


植物花色的形成过程是一个复杂的生理和遗传机制,主要是植物中的化合物或色素所决定,比如一些常见的植物花色包括红色、蓝色、紫色、黄色和白色。这些颜色通常是由花瓣中的花色素和类胡萝卜素等化合物所引起的。同时花色的变化还会受到外界环境如光照、干旱等的影响。此外,许多植物也会通过基因突变来改变其花的颜色。这些基因突变可能导致花色素的合成和积累发生变化,从而改变花的颜色。


果皮色泽的形成过程也涉及多个因素,主要包括植物基因、生长周期、光照、虫害和果实内部物质等。同时在果实生长发育的过程中,也会因为物质成分的含量变化而出现果皮色泽的变化,不同的生长阶段往往会出现不同的色泽标志;气候、光照以及营养物质的配比也会影响到果皮颜色、缺乏光照、高温、干旱或者土壤pH异常都会影响到果实的正常颜色,也包括受到病虫害的影响。


因此基于转录调控方向,可以通过多种组学来对色泽进行探究,探索色泽的差异形成机制或者色泽调控机制,小编也以花色为例精选文献,希望可以为大家扩宽思路。


风信子花色形成探究


发表期刊:International Journal of Molecular Sciences

研究物种:葡萄风信子

研究方式:3+2转录组+代谢组


文章简述:

葡萄风信子(Muscari spp.)是一种著名的球茎蓝色花朵;然而,市场上很少有双色品种。因此,双色品种的发现并了解其机制对于新品种的选育至关重要。项研究中,发现了一个双色突变体,其上部为白色,下部为紫色,这两个部分都属于单一总状花序。理化检测表明PH值和金属元素含量并不是双色形成的原因。通过靶向代谢组学发现,上半部分24种颜色相关化合物的含量显着低于下半部分。此外,全长转录组学与RNA-seq结合揭示了12,237个差异表达基因,其中上部花青素合成基因表达量显着低于下部。采用转录因子差异表达分析描述存在一对MaMYB113a/b序列,上部低表达,下部高表达。此外,烟草转化证实MaMYB113a/b的过表达可以促进烟叶中花青素的积累。因此,MaMYB113a/b的差异表达有助于 Muscari latifolium 中双色突变体的形成。


图3.技术路线图


金银花花色调控研究


发表期刊:BMC Plant Biology

研究物种:金银花

研究方式:3+2转录组+代谢组


研究概述:

金银花的栽培基质对其主要药用成分的含量有影响,但具体机制尚不清楚。在本研究中,对金银花的愈伤组织、幼苗、根茎和叶子进行了PacBio SMRT测序。选取2年生茎进行Illumina测序和代谢组测序,分析不同附生模式下代谢差异的遗传机制。结果共获得387个差异基因,对应66个差异代谢物。不同的附生模式可以诱导金银花的代谢组和转录组水平发生一系列代谢变化,包括黄酮代谢、嘌呤代谢、萜类骨架生物合成、氨基酸代谢和α-亚麻酸代谢,相关调控基因包括ALDH2B7、 ADC、EPSPS-1、SHKA、DHAPS-1、GES、ACS1、SAHH、ACS2、CHLP、LOX2、LOX2.3 和 CYP74B2。结果表明,不同附生模式下金银花的遗传机制不同。从理论上讲,丹霞石附生模式下的代谢物含量较高,更适合田间栽培。


图4.技术路线图


总  结

对于色泽的研究,通常为观察到“表征”差异再进一步探索机制,基于转录调控的色泽研究,可以通过联用Iso-seq和RNA-seq的方式,探索基于RNA层面的主要变化,结合实验设计进一步通过如转录因子鉴定、WGCNA分析、时序分析等方向进一步挖掘关键基因集;同时花色、果皮颜色的变化通常会与花青素、黄酮、类胡萝卜素等代谢物的积累相关,与代谢组进行多组学探究,可以有效的探究色泽的变化机制;同时探究机制的过程如果结合上了基因组和表观组学,研究结果将非常丰富多样。

参考文献:

[1] Ma J, Li Z, Liu Y. Integrating Multi-Omics Analysis Reveals the Regulatory Mechanisms of White-Violet Mutant Flowers in Grape Hyacinth (Muscari latifolium). Int J Mol Sci. 2023;24(5):5044. Published 2023 Mar 6.

[2] Li Q, Liu C, Huang C, et al. Transcriptome and Metabonomics Analysis Revealed the Molecular Mechanism of Differential Metabolite Production of Dendrobium nobile Under Different Epiphytic Patterns. Front Plant Sci. 2022;13:868472. Published 2022 May 17.

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