明星网站建设,万网空间存放两个网站,怎样才能制作网站,如何做vip影视网站文章标题#xff1a;The genome of Areca catechu provides insights into sex determination of monoecious plants
发表期刊#xff1a;New Phytologist
影响因子#xff1a;10.323
作者单位#xff1a;海南大学
百趣生物提供服务#xff1a;植物激素高通量靶标定…文章标题The genome of Areca catechu provides insights into sex determination of monoecious plants
发表期刊New Phytologist
影响因子10.323
作者单位海南大学
百趣生物提供服务植物激素高通量靶标定量
代谢组学文献分享—研究背景
百趣代谢组学资讯花有利于被子植物的有性繁殖花的发育过程和性别决定长期以来一直是研究热点。槟榔是一种雌雄同株的植物雄花和雌花分别生长在同一个花序上雄花在顶端雌花在基部雌花和雄花的交错开花时间和空间位置上的分离避免了自花授粉提高了遗传多样性和环境适应性槟榔被认为是研究性别分化的典型植物。
目前研究已经证实花器官的形成和花的性别决定受到遗传因素、表观遗传因素、植物激素和环境因素等多种因素的影响为了探究雌雄同体或雌雄同体物种的性别决定或分化的分子机制本研究基于基因组、转录组学和代谢组学通过植物激素的浓度和花序中激素相关基因的表达模式揭示了参与槟榔性别决定的候选基因。
代谢组学文献分享—材料与方法
采集槟榔的根、嫩叶、果皮、雌雄花花器官、雌雄花和不同发育阶段的胚乳进行基因组测序文库的制备、RNA测序以ATAC测序采集雌雄花进行代谢组学检测。
代谢组学文献分享—研究结果 1.基因特性
本研究利用PacBio RSII单分子实时SMRT测序技术获得了槟榔花的全基因组数据通过k-mer分析估算了基因组的大小约为2.7Gb将Hi-C测序数据基因组固定在假染色体上得到了一个具有16个染色体分子总长度为2.73GbN50大小为186.52Mb图1表1。
基于基因组数据对其编码基因进行注释。基因组的完整性约为90.05%注释到31,406个基因表1。代谢组学文献分享其中21,760、22,668和29,633个基因分别拥有GO、KEGG和COG注释。总的来说93.35%的基因具有功能信息同时基因组中的基因密度在多数染色体两端偏高。然而chr1、chr3、chr9、chr11和chr16上的基因往往聚集在相应染色体的单端。 图1. 槟榔的基因组特征
表1. 槟榔基因组统计 2.JA生物合成和信号传导途径与槟榔的性别决定有关
通过ATAC-seq检测发现在MF(雌花)和FF(雄花)中可及性区域ACR的基因的表达水平都显著高于没有ACR的基因图2a、b在ATAC-seq检测到的peak中超过60%位于远端基因间区域近端ACR相关基因的表达水平显著高于远端ACR相关基因图2c。代谢组学文献分享因此近端ACR可能对调节转录有更大的影响。在近端基因间区域大多数ACR位于转录起始位点TSS上游约2kb处的启动子区域约16%位于TSS上游~1kb处图2d。
JA生物合成与信号转导途径和染色质可及性之间的可能存在联系与MF相比几个亚麻酸代谢和JA信号转导相关的基因在FF中显示出特定的DNA可及性和更高的表达图3a。代谢组学文献分享LCAT3参与了亚麻酸的生物合成是JA的必要前体JAR1和JAZ是JA信号转导的两个关键酶这些基因在FF中表现出活跃的表达和较高的可及性图3b。 图2. 槟榔雌雄花形态及ATAC-seq分析 图3. RNA-seq和ATAC-seq综合揭示了染色质可及性变化
3.JA在花序不同部位的极性分布
作者从花序的三个不同位置P1P2、P3和P4构建RNA-seq文库图4a。通过对DEGs进行KEGG富集分析发现多数DEGs在黄酮类生物合成和植物激素信号转导途径中显著富集KEGG富集分析发现多数高表达平均FPKM值大于50的DEGs在植物激素信号转导途径中显著富集。通过对与激素相关的DEGs启动子中的花器官特征转录因子MADS结合点分析发现在36个激素相关基因中10个激素信号传导相关基因和7个激素生物合成基因的启动子中含有CArG-box DNA结合结构。代谢组学文献分享在AMS的蛋白质相互作用网络中发现CYP703A2、MS1和MYB80可能与AcAMS相互作用调节雌花和雄花的性别分化。
检测同一花序在早期发育阶段的不同位置的各种内源植物激素的含量图4a发现N6-δ2-异戊烯基-腺嘌呤IP、N6-异戊烯基核苷IPA和反式玉米素-核苷tZR是槟榔花中最丰富的细胞分裂素在花序发育过程中P4中IPA和tZR的浓度显著高于P1和P2的浓度P1和P2的IP浓度与P4无显著差异图4bP4中茉莉酮酸JA和茉莉酮酰-异亮氨酸JA-Ile浓度较高图4c。
与正常花序相比异常花序在应该生出雄花MF的部位发育成两性花HF图4d雌雄同体的花在花瓣和心皮之间有几个退化的雄蕊图3e。代谢组学文献分享同时JA生物合成和信号转导相关基因在HFs的异常花序位置显著高表达而大多数MADS-box基因在HFs中显著低表达表明MADS-box基因表达受到JA积累的影响图4g4h。根据ATAC-seq分析在可及性的染色质区域中聚集的AcAP3全位点附近有相对清晰的TF占用足迹图4i。 图4. 槟榔花序中植物激素的分布
4.发现雌花和雄花之间的性别偏置表达基因
本研究鉴定3700个差异表达基因DEGs发现1876个表现为偏向雌花表达1824个表现为偏向雄花表达图5a其中有8个AcJAR1、AcJAZ和AcMYC2等图5b参与JA信号转导的基因表现出性别偏向表达其中5个MADS-box基因AcAP3、AcSEP、AcPIb、AcPIc和AcAGL16表现为雄花偏向表达1个AcPIa表现为雌花偏向表达AcAP3在MFs中的表达水平最高。本文作者利用模式植物拟南芥中过量表达AcAP3增加了拟南芥花的花瓣数量图5c。 图5. 槟榔花同源基因MIKC-type MADS-box的鉴定和表达谱
5.棕榈科植物中一个保守的性相关区域
利用8个代表性物种进行基因聚类并将得到的单拷贝基因用于系统发育的构建根据分子钟的假设通过评估替代率来估计两个物种之间的分化时间图6a。代谢组学文献分享分析基因聚类和系统发育关系发现在这些基因家族中有985个基因家族被扩大1098个基因家族被收缩图6a。通过串联分析在假染色体15的末端确定了一个性别相关区域包含1个CYP703、1个甘油-3-磷酸酰基转移酶3G PAT 3、2个LOG以及其他674个基因图6b。CYP703在海枣基因组的BC4_000765F支架上图6b。根据RNA-seq数据发现CYP703是一个单拷贝基因在MF中高表达但在FF中不表达图6b6c。15号染色体上确定了一个与性别有关的区域和基因包括CYP703、AMS和BiP它们影响FF和MF的性别决定图6c。 图6. 槟榔花性别决定中的性别相关区域和假设调节模型
代谢组学文献分享—结论
本研究提供了槟榔染色体水平的参考基因组其支架N50为186.52M揭示了槟榔的进化历史并提出了一个模型来描述染色质可及性与FFs中JA相关基因表达之间的可能联系。代谢组学文献分享在FFs中几个JA相关基因的特异性可及性调控区域为转录因子提供了结合位点从而促进了基因的表达增加了JA的产量。相比之下MF中的相关区域的低可及性导致基因表达低JA含量低。
此外JA的含量变化影响B类基因的表达。B类功能基因的性别偏向表达伴随着花器官的形成和雌、雄花的性别分化。此外本研究还通过比较基因组分析确定了棕榈科植物保守的性别相关区域。本研究结果填补了雌雄同株的棕榈科植物花的性别决定机制的研究空白。
