Next-generation transcriptome analysis in transgenic birch overexpressing and suppressing APETALA1 sheds lights in reproduction development and diterpenoid biosynthesis
- 作者
- Haijiao Huang, Su Chen, Huiyu Li, Jing Jiang
- 单位
- State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Northeast Forestry University, 26 Hexing Road, Harbin 150040, China
- 杂志
- Plant Cell Reports（2015）
- DOI
- 10.1007/s00299-015-1817-6
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析BpAP1在桦树花发育转变及二萜生物合成中的转录调控作用，并预测其靶基因
研究策略
利用RNA-seq对BpAP1过表达、RNAi沉默和非转基因桦树的转录组进行分析，鉴定差异表达基因，结合桦树基因组和MADS-box结合基序预测BpAP1靶基因，并通过qRT-PCR验证和相关性分析
核心内容
该研究利用RNA-seq对过表达和RNAi沉默BpAP1的转基因桦树及非转基因对照进行转录组分析，旨在解析BpAP1在花发育转变及二萜生物合成中的转录调控作用。过表达系中检测到8302个差异表达unigenes，其中4637个上调、3665个下调；RNAi系中检测到7813个差异表达unigenes。BpAP1在过表达系中表达量达对照的1160.07倍，显著上调SOC1（最高8.83倍）、FT、LFY等成花基因，同时下调TFL1（0.19倍）和FLC（0.83倍）。二萜生物合成途径中GA2ox、KO、KAO等基因在过表达系中上调。结合桦树基因组和MADS-box结合基序预测出468个BpAP1靶基因，其中166个为共同差异表达靶基因，包含BpPI和BpAP3；BpPI在过表达系中表达为对照的16.49倍，与BpAP1显著正相关（r=0.939, P<0.01）。转基因植株1年生和2年生株高分别平均增加10.25%和16.01%。结果表明BpAP1通过调控成花基因网络和二萜生物合成基因促进早花并影响株高，BpPI作为其推定靶基因可能在雄蕊发育中发挥B功能基因作用。
创新点
首次对桦树BpAP1过表达和抑制系进行高通量转录组分析；结合基因组预测了BpAP1的靶基因，发现BpPI为关键候选靶基因并与BpAP1正相关
研究对象（12）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | BpAP1 | APETALA1同源MADS-box转录因子 | 调控 | 过表达导致早花和矮化 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | BpPI | PISTILLATA同源MADS-box转录因子 | 调控 | BpAP1的推定靶基因，与BpAP1表达正相关(r=0.939) |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | BpAP3 | AP3同源MADS-box转录因子 | 调控 | BpAP1的推定靶基因 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | SOC1 | MADS-box转录因子 | 调控 | 过表达BpAP1时上调 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | FT | 成花素 | 调控 | 过表达BpAP1时上调 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | LFY | LEAFY转录因子 | 调控 | 过表达BpAP1时上调 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | TFL1 | TERMINAL FLOWER 1 | 调控 | 过表达BpAP1时下调 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 花发育调控 | FLC | MADS-box转录因子 | 调控 | 过表达BpAP1时下调 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 二萜生物合成（赤霉素生物合成） | GA2ox | 赤霉素2-氧化酶 | 催化 | 过表达BpAP1时上调，可能导致矮化 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 二萜生物合成（赤霉素生物合成） | GA3ox | 赤霉素3-β-双加氧酶 | 催化 | 过表达BpAP1时上调，可能与株高增加相关 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 二萜生物合成（赤霉素生物合成） | KO | 内根-贝壳杉烯氧化酶 | 催化 | 过表达BpAP1时上调 |
| 桦树（Betula platyphylla × B. pendula） | 二萜生物合成（赤霉素生物合成） | KAO | 内根-贝壳杉烯酸氧化酶 | 催化 | 过表达BpAP1时上调 |
关键发现
- 在BpAP1过表达系中检测到8302个差异表达unigenes（4637个上调，3665个下调），在RNAi系中检测到7813个（4688个上调，3125个下调）。BpAP1在过表达系中表达量是NT的1160.07倍
- 过表达BpAP1显著上调SOC1（8.83、1.62、7.6倍）、FT、LFY等成花基因，下调TFL1（0.19倍）、FLC（0.83倍）。二萜生物合成途径中GA2ox、KO、KAO等基因在过表达系中上调。预测468个BpAP1靶基因，其中166个为共同差异表达靶基因，包含BpPI和BpAP3
- BpPI在过表达系中表达为NT的16.49倍，与BpAP1显著正相关（r=0.939, P<0.01）。转基因植株1年生株高平均增加10.25%，2年生增加16.01%。
研究结论
BpAP1作为MADS-box转录因子，在桦树中过表达促进早花并影响株高，其调控涉及FT、SOC1、LFY等成花基因及二萜生物合成基因；BpPI是BpAP1的推定靶基因，二者正相关，BpPI可能在雄蕊发育中发挥B功能基因作用。