長壽果王南美油藤—性別之謎

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還真讓我找到一個稀罕貨—長壽果王南美油藤

南美油藤（Plukenetia Volubilis Linneo），又名星油藤，是大戟科(Euphorbiaceae)多年生木質(zhì)藤本植物。其種子油脂可以食用，是一種新型的油料作物。種子含有極其豐富的不飽和脂肪酸（ω-3，ω-6，ω-9）以及維生素E、A和蛋白質(zhì)，且三種不飽和脂肪酸含量高達92%以上，具備良好的抗氧化，清除自由基能力，堪稱世界植物營養(yǎng)“長壽果王”。南美油藤產(chǎn)量很高，品質(zhì)好，可用于食品、保健、制藥、化妝品等方面，對調(diào)整血脂、預(yù)防心血管疾病、保養(yǎng)肌膚等方面也有顯著的作用。

值得關(guān)注的是，雌雄同株的南美油藤，在外源施加細胞分裂素（6-BA）的條件下，雄花會轉(zhuǎn)化為雌花。如果能夠理清南美油藤性別分化的分子機制，有望在油脂產(chǎn)量方面獲得重要突破。
針對這一問題，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園徐增富教授團隊于2017年12月在《Journal of Plant Physiology》發(fā)表了題為“De novo transcriptome assembly and comparative analysis between male and benzyladenine-induced female inflorescence buds of Plukenetia volubilis”（基于從頭組裝比較南美油藤雄花和誘導(dǎo)形成的雌花的轉(zhuǎn)錄組）的文章，利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)，鑒定出在南美油藤花發(fā)育和性別分化中的重要基因，為進一步揭示雌雄同花植物的性別分化機制奠定基礎(chǔ)。

材料方法

樣品：分別用20mg/L 6-BA和0.05%（v/v） tween處理兩棵狀態(tài)一致的南美油藤，取6-BA誘導(dǎo)成的雌花序花芽FIB和對照組的雄花序花芽MIB，兩組樣品發(fā)育時期相同，各混合20個以上花芽。
測序平臺：HiSeq 2000
數(shù)據(jù)量：4.6G, 4.8G

研究結(jié)果

1.6-BA誘導(dǎo)處理及測序數(shù)據(jù)
使用6-BA處理后成功誘導(dǎo)出雌性花序，F(xiàn)IB和MIB分別得到52876984和51201412條clean read（90bp），66723和67019條unigene，平均長度為775bp和750bp，約78.45%的基因得到注釋。篩選條件為FDR<=0.001和log2(FC)>=1,得到1385個差異基因，F(xiàn)IB相比于MIB，有451個基因上調(diào)，934個基因下調(diào)。

圖1 ?6-BA誘導(dǎo)處理及差異基因

B.FIB相比于MIB的差異基因的統(tǒng)計圖
C.6-BA處理產(chǎn)生的雌花序
D.對照組的雄花序

2.植物激素與性別分化
在很多植物中，激素對于花性別分化起著重要作用，本項目中也發(fā)現(xiàn)了一系列與植物激素相關(guān)的DEG。比如，乙烯信號途徑中編碼PvoERF109和PvoERF017的基因在FIB中分別下調(diào)3倍和2.8倍；細胞分裂素途徑中編碼PvoCKX1和PvoAPT1的基因下調(diào)1倍左右；生長素途徑中編碼PvoGH3.3和PvoIAA14的基因分別上調(diào)6.7和4.7倍。這說明在南美油藤中，植物激素也參與了花性別分化。
植物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)錄因子有著舉足輕重的地位。結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測和差異基因分析，發(fā)現(xiàn)了一批可能調(diào)控性別發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子。比如編碼PvoAMS和PvobHLH的基因分別下調(diào)了5.4和5.2倍，編碼PvoWOX9和PvoSUP 的基因在FIB中上調(diào)。由此可見，生長素、細胞分裂素、生長素能夠促進花的性別分化為雌性，激素之間的相互作用和內(nèi)部穩(wěn)態(tài)平衡對花性別分化至關(guān)重要。

3.ABC開花模型與性別分化
根據(jù)常見物種的研究，將影響花部器官發(fā)育的基因分成A、B、C三類。A類基因的表達誘導(dǎo)萼片的發(fā)育，A類基因和B類基因共同影響花瓣的發(fā)育，B類基因和C類基因共同影響雄蕊的發(fā)育，C類基因誘導(dǎo)心皮的發(fā)育。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示，A類基因，如AP1的編碼基因在MIB中略有上調(diào)；B類基因，如AP3、PI、PIL、TM6的編碼基因在BIM中顯著上調(diào)；而C類基因，如AG的編碼基因在FIM中上調(diào)了0.9倍。這說明ABC開花模型在南美油藤中也是同樣適用的，而且ABC開花模型在花器官發(fā)育和性別分化中都有重要作用。

表1 ?與花發(fā)育和性別分化有關(guān)的候選基因

4.qPCR驗證
本研究中，挑選了36個基因用qRT-PCR驗證，表達趨勢和轉(zhuǎn)錄組一致，且兩種數(shù)據(jù)的相關(guān)性達到0.93。

圖2 ?qRT-PCR驗證（A）和相關(guān)性評估（B）

總結(jié)
很多物種在花發(fā)育方面的研究比較深入，但是南美油藤作為非模式植物，沒有參考基因組，相關(guān)研究有限，使得闡釋花發(fā)育和性別分化的分子機理比較困難。作者通過外界施加細胞分裂素，誘導(dǎo)雌花發(fā)育，以轉(zhuǎn)錄組為切入點，比較雄花和處理后形成的雌花轉(zhuǎn)錄水平變化，找到一系列與花性別分化相關(guān)的候選基因，為后續(xù)進一步闡述分子機理奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻
Fu Q, Niu L, Chen M S, et al. De novo transcriptome assembly and comparative analysis between male and benzyladenine-induced female inflorescence buds of Plukenetia volubilis.[J]. Journal of Plant Physiology, 2017.

轉(zhuǎn)錄調(diào)控事業(yè)部 覃 琪丨文案
吳戈宇 | 審核
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