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樟科植物在克朗奎斯特分類法中被分到木蘭亞綱(Magnoliidae)中,被視為雙子葉植物中比較原始的類群。這類植物的萼瓣不分,花瓣和萼片聯合在一起,統稱花被。樟科樹種具有多種經濟用途,許多種類的種子富含脂肪酸。然而,這一類群的遺傳學與基因組學研究背景十分薄弱,目前僅有鱷梨(Persea americana)、山胡椒(Lindera glauca)和山雞椒(Litsea cubeba)等少數種類的轉錄組學數據公布。在前期系統發育基因組學的基礎上,版納植物園生物多樣性研究組研究人員及其合作者分別選取滇潤楠(Machilus yunnanensis)和滇新樟(Neocinnamomum caudatum)為實驗材料,完成了比較轉錄組分析研究。
滇潤楠花朵、花苞及葉片轉錄組數據獲得了37,877個差異表達的轉錄本序列,其中各有121個和111個顯著差異表達基因被歸類到開花調控網絡和激素調控網絡。與模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)的同源基因比較發現:141對參與開花調控和激素調控的同源基因在滇潤楠和擬南芥開花過程中表現出相似的表達模式,但在營養器官(葉片)和繁殖器官(花)中不同;生長素、赤黴素和油菜素內酯相關的基因在滇潤楠和擬南芥中都參與了開花過程;參與擬南芥花瓣和花萼分化的AP1、AP3、FLC、FLD和FD等基因未能在滇潤楠轉錄組中比對到同源序列,但參與花期控制的LFY基因在兩種植物中參與調控。上述結果提示滇潤楠開花過程的調控網絡與擬南芥相似,但滇潤楠花發育基因可能存在缺失。
滇新樟不同發育階段的種子轉錄組數據獲得了239,703個轉錄本序列,差異表達分析篩選出了137個在種子成熟過程中參與脂肪酸合成的轉錄本序列。基因表達模式及基因序列比較發現:參與脂肪酸合成的KASI、KASII、SAD、FAD2、FAD8和FATA/B基因在不同發育階段的種子內差異表達;滇新樟的FATB基因序列與其它樟科植物的FATB基因序列差異較大;滇新樟FATB基因在工程菌中的表達產物可以顯著提升底物合成長鏈脂肪酸的比例。上述結果提示滇新樟種子含有較多長鏈脂肪酸很可能與其FATB基因有關。
以上成果分別以The floral transcriptome of Machilus yunnanensis , a tree in the magnoliid family Lauraceae 和Transcriptome analysis reveals a composite molecular map linked to unique seed oil profile of Neocinnamomum caudatum為題,發表於Computational Biology and Chemistry 和BMC Plant Biology雜誌。該研究得到了國家自然科學基金委,中國科學院「西部之光」和東南亞生物多樣性研究中心等項目的資助。
圖一、滇潤楠開花調控網絡示意圖
圖二、滇新樟脂類合成途徑示意圖
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