MeJA誘導(dǎo)條件下白木香根的轉(zhuǎn)錄組分析研究.pdf

1、白木香(Aquilaria sinensis(Lour.) Gilg)含有樹脂的心材稱為“沉香”，健康的白木香不結(jié)香，只有通過各種脅迫才會結(jié)香，自然結(jié)香率低且時(shí)間漫長，而由于缺乏基因信息，人們對于結(jié)香的機(jī)理也并不清楚，所以通過人工誘導(dǎo)白木香結(jié)香來模擬自然結(jié)香過程從而研究結(jié)香機(jī)理成為了研究熱點(diǎn)。白木香的結(jié)香類物質(zhì)主要是倍半萜類和色酮類物質(zhì)，本研究通過使用MeJA誘導(dǎo)白木香根探索產(chǎn)生倍半萜類次生代謝產(chǎn)物的過程，以期有助于大田人工結(jié)香技術(shù)的開

2、發(fā)。
　　目的:
　　本研究的主要目的是探索MeJA誘導(dǎo)白木香根產(chǎn)生倍半萜類次生代謝產(chǎn)物的過程，以期有助于大田人工結(jié)香技術(shù)的開發(fā)以及探索MeJA的誘導(dǎo)對白木香不同根材料的影響。
　　方法:
　　本研究選取了白木香的氣霧培根和組培根為材料，都使用100μmol/L的MeJA處理72h后，以未處理的根為空白對照，使用SPME-GC/MS檢測不同根材料內(nèi)倍半萜成分。然后，利用RNA-Seq技術(shù)獲得了使用100μmol/

3、L的MeJA處理白木香氣霧培根0h、24h、48h、72h和組培根0h、72h后的六個(gè)轉(zhuǎn)錄組。先分析了氣霧培根四個(gè)時(shí)間的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，重點(diǎn)挖掘了白木香氣霧培根四個(gè)轉(zhuǎn)錄組中萜類合酶基因以及與倍半萜類物質(zhì)生物合成相關(guān)的信號通路和轉(zhuǎn)錄因子，后比較了氣霧培根和組培根在被MeJA誘導(dǎo)后根內(nèi)差異基因的變化情況，以及倍半萜類成分和萜類合酶基因的變化情況.
　　結(jié)果:
　　3.1 MeJA處理白木香不同根材料的化學(xué)成分變化情況
　　SP

4、ME-GC/MS檢測結(jié)果顯示，MeJA處理白木香氣霧培根72h后，根內(nèi)化學(xué)成分比0h多出七種，分別為β-欖香烯、γ-衣蘭油烯、α-葎草烯、α-姜黃烯、β-金合歡烯、α-愈創(chuàng)木烯、δ-愈創(chuàng)木烯;而MeJA處理白木香組培根72h后，根內(nèi)化學(xué)成分比0h多出六種，分別為β-欖香烯、β-雪松烯、α-愈創(chuàng)木烯、β-金合歡烯、α-葎草烯、δ-愈創(chuàng)木烯。
　　3.2 白木香氣霧培根的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析
　　3.2.1 本研究篩選出了可能與倍半萜

5、生物合成相關(guān)的兩條早期信號通路:鈣信號通路ko04020(Calcium signaling pathway)和絲裂原活化蛋白激酶信號通路ko04010(MAPKsignaling pathway)。并挖掘出鈣信號通路上可能參與倍半萜類生物合成的8個(gè)關(guān)鍵基因(AsCML42、 AsCML37、 AsCML15、AsCML11a、AsCML13、AsCML2、 AsCALM、AsCML11b)和MAPK信號通路上可能參與倍半萜生物合成的7

6、個(gè)關(guān)鍵基因(AsMAPKK2、AsMAPKK6、AsMAPKK9、AsMAPK4、AsMAPK7、AsMAPKKK12、AsMAPKKK9)。
　　3.2.2 挖掘出了只位于植物防御系統(tǒng)的上游，參與至少一條早期信號途徑，而與萜類合酶基因沒有顯著相關(guān)性的13個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，包括3個(gè)WRKY轉(zhuǎn)錄因子(AsWRKY43、AsWRKY51b、AsWRKY23)、7個(gè)EREBP/AP2轉(zhuǎn)錄因子(AsERF21、AsERF17、AsERF113、

7、AsERF5、AsERF107、AsERF87、AsERF106)、2個(gè)bZI轉(zhuǎn)錄因子(AsbZIP1、AsbZIP63)和1個(gè)bHLH轉(zhuǎn)錄因子（AsbHLH4）。
　　3.2.3 挖掘出了與萜類合酶基因有顯著相關(guān)性的41個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，其中，至少參與植物的一條早期信號途徑的轉(zhuǎn)錄因子有27個(gè)，包括4個(gè)WRKY轉(zhuǎn)錄因子(AsWRKY75a、AsWRKY70、AsWRKY40、AsWRKY2)、10個(gè)EREBP/AP2轉(zhuǎn)錄因子(AsRAP

8、23a、AsERF4a、AsERF25、AsERF23、AsERF2、AsERF12、AsERF109、AsCRF1、AsAP2、AsAIL6)、3個(gè)bZIP轉(zhuǎn)錄因子（Asb ZIP61、AsbZIP43、Asb ZIP4)和10個(gè)bHLH轉(zhuǎn)錄因子(AsbHLH93、AsbHLH25、 AsbHLH2、 AsbHLH149、 AsbHLH147、 AsbHLH143、 AsbHLH135b、AsbHLH135a、AsbHLH130、As

9、bHLH1）。由此推測，使用MeJA刺激白木香根后，主要通過鈣信號通路和MAPK信號通路激活相應(yīng)的WRKY、 EREBP/AP2、bHLH和bZIP轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)控萜類合酶基因的表達(dá)，同時(shí)兩條信號通路之間可能存在一定的交叉。
　　3.2.4 挖掘出了萜類合酶基因10個(gè)(alpha-humulene synthase1、germacrene-Dsynthase1、sesquiterpene synthase1、sesquiterp

10、ene synthase2、 sesquiterpene synthase3、Sesquiterpene Synthase4、 germacrene D synthase2、 alpha-humulene synthase2、 terpenesynthase4、Delta-guaiene synthase)。其中alpha-humulene synthase1和alpha-humulenesynthase2可能與化合物α-葎草烯的產(chǎn)生有

11、關(guān)，Delta-guaiene synthase可能與化合物α-愈創(chuàng)木烯、δ-愈創(chuàng)木烯的產(chǎn)生有關(guān)。
　　3.2.5 利用RT-qPCR技術(shù)在七個(gè)候選內(nèi)參基因中篩選出了一個(gè)最穩(wěn)定的內(nèi)參基因UBC2，并隨機(jī)挑選了7個(gè)目的基因進(jìn)行了表達(dá)量驗(yàn)證，結(jié)果表明，7個(gè)目的基因通過RTqPCR驗(yàn)證與轉(zhuǎn)錄組所測的表達(dá)趨勢基本上是一致的，說明了轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)是可靠的。
　　3.3 氣霧培根和組培根樣品的數(shù)據(jù)比較分析
　　比較了氣霧培根和組培根在

12、被MeJA誘導(dǎo)后根內(nèi)差異基因的變化情況，發(fā)現(xiàn)使用MeJA誘導(dǎo)氣霧培根24h或48h后，與空白對照相比，得到的差異基因的KGEE富集通路與MeJA誘導(dǎo)組培根72h后的差異基因KEGG富集通路中有較多條是重疊的，且代謝通路里發(fā)生變化的基因大多數(shù)也是一致的，由此推測，部分代謝通路在白木香氣霧培根中比在白木香組培根中對MeJA的響應(yīng)可能更為敏感。其中，萜類代謝通路上的萜類合酶基因也符合這一推測。
　　通過數(shù)據(jù)分析，還發(fā)現(xiàn)雖然兩種根材料響應(yīng)

13、MeJA誘導(dǎo)的時(shí)間不一樣，但是激活的萜類合酶基因的種類絕大部分是一致的，因此，產(chǎn)生的倍半萜成分大部分也是一致的。
　　結(jié)論:
　　本研究通過使用MeJA誘導(dǎo)白木香氣霧培根和組培根不同的時(shí)間，獲得了白木香根中各化學(xué)物質(zhì)或基因變化的數(shù)據(jù)。通過對氣霧培根樣品4個(gè)轉(zhuǎn)錄組的深入分析，篩選出了一系列可能與倍半萜生物合成相關(guān)的基因，值得作為后續(xù)功能驗(yàn)證的候選基因，也為揭示MeJA調(diào)控白木香根中倍半萜類物質(zhì)生物合成的分子機(jī)制提供了一定的參考