[目的]二氧化硫(SO2)处理可有效防治葡萄灰霉病和采后腐烂,但会导致浆果脱落,研究SO2引起葡萄浆果脱落的分子机制,明确关键基因和转录调控机制.[方法]使用SO2处理'巨峰'葡萄,分别在2、4和6 d进行采样并统计对照组(CK)和SO2处理组的葡萄浆果脱落率.通过高通量测序技术对CK对照组和SO2处理组'巨峰'葡萄采后2、4和6 d的样品测序,以葡萄基因组作为参考基因组进行序列比对,利用TPM算法计算基因表达量,使用基因集富集分析(GSEA)、基因共表达网络(GCN)以及转录调控网络预测方法对转录组数据进行系统的分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对其表达量进行验证.[结果]SO2处理能够显著诱导葡萄浆果脱落,2 d时,SO2处理的葡萄浆果脱落率为9.88％,4 d时达到19.24％,且均显著高于对照组,6 d时脱落率达到38.25％,而对照组脱落率仅11.85％.通过GSEA分析,发现在CK组富集的GO生物过程主要与氧化应激反应、细胞壁代谢以及苯丙氨酸代谢通路相关,其中4 d时CK组富集到植物细胞壁组织、果胶代谢、细胞壁修饰、聚半乳糖醛酸等通路.在SO2组富集的GO生物过程主要与能量代谢通路相关,其中2 d时在SO2组富集到光合作用、四吡咯代谢、前体代谢物和能量的产生、葡萄糖代谢等通路.CK组富集的KEGG代谢通路主要有戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换、半乳糖代谢、植物激素信号转导、柠檬酸循环(TCA循环)等,SO2组有光合作用、柠檬酸循环(TCA循环)、糖酵解等.GCN将GSEA分析中的领头基因分为12个水平,水平4—9均富集到了能量代谢、糖代谢相关通路,其中水平4富集到激素反应、氧化应激反应.对GCN关键水平中的基因启动子序列进行转录调控预测分析,结果显示95个转录因子(TFs)与269个靶基因存在987对调控关系.WRKY14、WOX8、KUA1在SO2处理下持续下调,MYB60、MYB73、ANL2、ERF2、DOF3.6、GATA25、WRKY57、KAN2、ATHB6在SO2处理后持续上调.此外,MYB15、WRKY11、WRKY33、WRKY40、WRK75先上调后下调.ERF2、MYB60和WRKY40的转录调控网络发现调控的靶基因涉及细胞壁代谢、糖代谢等相关途径.qRT-PCR结果显示PME36和ERF2上调表达趋势相似,GAUT7、MYB60、UGE3上调表达趋势相似,此外,WRKY40在SO2处理的2和4 d被诱导上调,PPME1、COMT1表达持续下调,SO2处理4 d时LAC15被显著诱导上调.[结论]SO2诱导营养物质代谢、能量代谢、细胞壁代谢途径相关基因的表达,该过程受到多种转录因子调控,最终导致葡萄浆果脱落.

葡萄;脱落;GCN;转录因子;调控

杨盛迪;孟祥轩;郭大龙;裴茂松;刘海楠;韦同路;余义和

河南科技大学园艺与植物保护学院/河南省园艺植物品质调控工程技术研究中心,河南洛阳 471000

中国农业科学

[1]杨盛迪;孟祥轩;郭大龙;裴茂松;刘海楠;韦同路;余义和-.SO2引起巨峰葡萄采后落粒的共表达网络和转录调控分析)[J].中国农业科学,2022(11):2214-2226

采后落粒,浆果脱落,WRKY14,WOX8,KUA1,MYB60,MYB73,ANL2,ERF2,DOF3,GATA25,WRKY57,KAN2,ATHB6,MYB15,WRKY11,WRKY40,WRK75,PME36,GAUT7,UGE3,PPME1,COMT1,LAC15

SO2,巨峰葡萄,二氧化硫,有效防治,葡萄灰霉病,腐烂,葡萄浆果,关键基因,转录调控机制,脱落率,高通量测序技术,参考基因,序列比对,TPM,算法计算,基因表达量,基因集富集分析,GSEA,基因共表达网络,GCN,调控网络,转录组数据,qRT,生物过程,氧化应激反应,细胞壁代谢,苯丙氨酸,酸代谢,代谢通路,植物细胞,果胶,细胞壁修饰,半乳糖醛酸,能量代谢,光合作用,吡咯,代谢物,葡萄糖代谢,戊糖,葡萄糖醛酸,相互转换,植物激素,激素信号,信号转导,柠檬酸循环,TCA,糖酵解,领头,均富,相关通路,基因启动子,启动子序列,预测分析,TFs,靶基因,WRKY33,先上,网络发现,相关途径,营养物质,物质代谢,代谢途径

0.208794