摘 要:转录组比较发现,果肉黄色的‘金艳’猕猴桃成熟果实中优势表达基因的主要功能涉及代谢,而果肉含花青苷呈红色的‘红阳’中的优势表达基因一般与发育相关。猕猴桃果皮和外层果肉部分及内层果肉和果心部分的优势表达基因分别与光合作用和营养储备有关。猕猴桃有相对较多的 R2R3 类型的 MYB 基因,几乎所有类型的 MYB 基因都在果实中表达。MYB-A72 位于花青苷合成相关 MYB 基因分支,其转录本只在‘红阳’中发现,在内层果肉和果心部分的表达水平很高。表达模式聚类分析表明:bHLH-B36 和 WD40-A126 可能参与形成 MYB-bHLH-WD40 调控复合体,而 CHI2、FLS1 和 CYP98A1 可能是受其调控的靶基因。
▲红心猕猴桃果园
关键词:猕猴桃;花青苷;MYB;基因家族;转录组分析
花青苷(anthocyanin)是一种重要的次生代谢产物,会根据 pH 的变化而呈现红色、紫色或者蓝色,并且广泛存在于植物的果实、种子、根和叶中。花青苷为黄酮中多酚复合物的一个亚类,是糖基化的聚羟基或者聚甲氧基分子,由两个芳香环通过 C3 桥连接一个苯环而成。花青苷因为结构环上的取代基不同而被分为 702 种,此外有 27 种糖苷配基化的花青苷即花色素(Krga & Milenkovic,2019;Fu et al.,2020;Meng et al.,2020)。花青苷可溶于水,主要储存于液泡,无明显气味,但可使食物略微苦辛。花青苷可以吸引昆虫和兽类从而有利于植物传播花粉和种子,还可以通过抵消活性氧或者自由基以及吸收紫外线来使植物应对胁迫和延缓衰老。对于人类而言,食用富含花青苷的食物可以治疗心血管紊乱、糖尿病、肥胖症、癌症以及保护神经系统(路静 等,2019)。增加花青苷含量还能延长农产品的货架期。
花青苷的生物合成在高等植物里是一个高度保守的代谢途径(Holton & Cornish,1995)。查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)和黄烷酮–3–羟化酶(flavanone-3-hydroxylase,F3H)是花青苷合成的早期基因,其产物是二氢黄酮醇二氢山奈酚,它可被 F3’H 或者 F3’5’H 进一步羟基化。花青苷生物合成晚期基因有二氢黄酮醇–4–还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)、花青苷合酶(anthocyanin synthase,ANS)以及谷胱甘肽转移酶(glutathione S-transferase,GST),它们也是花青苷生物合成途径的特有酶。以上这些基因的缺失或者它们的酶产物的细微变化可使植物无法产生花青苷(Johnson et al.,2001;Povero et al.,2011;毕思琦 等,2019),例如转座子跳跃引起的 DFR 和 CHI 基因失活就可使得牵牛和康乃馨的花出现斑驳的色块(Inagaki et al.,1994;Itoh et al.,2002)。
MYB 是一大类转录因子,其中的 R2R3 类能与 bHLH 和 WD40 转录因子形成 MYB-bHLH-WD40复合体,从而调节花青苷生物合成基因的表达(曹雨薇 等,2019;宋杨 等,2019)。例如,在番茄中表达金鱼草的 bHLH 基因和 MYB 基因可获得果皮和果肉均是紫色的果实,并且其花青苷含量可以媲美黑莓和越橘(蓝莓);这两个基因不仅激活了花青苷合成晚期基因,也激活了其早期基因(Butelli et al.,2008)。反过来,虽然玉米的 MYB 基因与自身花青苷的合成有关,但在转基因番茄中只能增加黄酮而不能改变花青苷的含量,这是因为番茄的 F3’5’H 没有被它激活(Bovy et al.,2002)。一些不依赖MYB的WD40基因也可调控花青苷合成基因的转录(Mehrtens et al.,2005;Stracke et al.,2007;Gonzalez et al.,2008)。另外多个 MYB 基因之间相互配合会导致花青苷分布的复杂模式,例如使蝴蝶兰的每朵花都可能有不同的颜色(Hsu et al.,2015)。
MYB 基因的自然变异与花青苷的产生关系密切。例如普通番茄不含花青苷的 1 个重要原因是自然变异使其 MYB 基因 Aft 不能正常剪接(Sun et al.,2020),而胡萝卜不能产生花青苷是因为其DcMYB7 的上游调控区被插入序列所破坏(Xu et al.,2019)。相反,苹果 MdMYB10 的上游调控区的 23 碱基对正向重复强化了对自身的正调控并最终导致了红色果肉(Espley et al.,2009);发生在蝴蝶兰中的逆转座使得 PeMYB11 表达上调,从而促进了该植物中花青苷的积累以及黑色花的出现(Hsu et al.,2019)。转座还使 1 个 R2R3 类型的 MYB 基因的表达上调,从而使得花椰菜变为紫色(Chiu et al.,2010)。逆转座不仅激活了红肉柑橘的 MYB 基因 Ruby,还为这个基因提供了低温激活的顺式调控元件(Butelli et al.,2012)。
猕猴桃果实由多心皮的上位子房发育而来,可分为果皮、果肉和果心 3 部分。中华猕猴桃品种‘红阳’的内层果肉积累了花青苷呈红色,这可能与 AcMYB10/75/F110、UDP–黄酮糖基转移酶基因 AcUFGT3a 以及谷胱甘肽巯基转移酶基因 AcGST1 有关(Li et al.,2015,2017b;Liu et al.,2017,2019),AcMYB75 和 AcMYB123 的表达受到干扰时花青苷的积累会减弱(Wang et al.,2019;Yu et al.,2019),AcMYB75 基因也可能在其他猕猴桃中调控花青苷的合成(Li et al.,2018,2019)。采后低温贮藏中‘红阳’果实的花青苷含量会增加,这时 AcMYBA1-1 和 AcMYB5-1 以及一些可能的花青苷合成基因的表达也升高(Montefiori et al.,2010;Li et al.,2017)。环境因素,如高温可抑制‘红阳’中花青苷的生成(Man et al.,2015)。不过,同类型的 MYB 基因也与猕猴桃果实中叶绿素和类胡萝卜素的积累有关(Ampomah-Dwamena et al.,2019)。目前,MYB 基因是否决定了‘红阳’内层果肉的花青苷合成仍不明确。‘金艳’果肉黄色,是毛花猕猴桃(母本)与中华猕猴桃(父本)的杂交种,与‘红阳’遗传背景相近。比较二者果实的转录组,以期为揭示‘红阳’内层果肉红色的分子机理提供线索。
1 材料与方法
1.1 材料及取样
在收获季节(2019 年 9 月)采摘‘红阳’和‘金艳’猕猴桃(Actinidia chinensis)的果实,低温运送到实验室并及时取样。一是整个果实切薄片(分别命名为‘红阳’全果和‘金艳’全果),二是去掉果皮和外层果肉(包括外、中、内果皮部分)后将内层果肉(果实的胎座部)和果心切成薄片(分别命名为‘红阳’内层果肉和果心以及‘金艳’内层果肉和果心)。每个样本涉及多个不同的果实,并且包含 3 个生物学重复。将薄片样品经液氮速冻后于–70 ℃保存备用。
1.2 转录组测序
样本送生工(上海)测序。用 CTAB 法提取样品 RNA。利用片段化后的 mRNA 和随机引物进行 cDNA 合成,然后在其两端加上接头并进行纯化。每个样品建立 1 个测序文库,用 Illumina Hiseq X 进行测序,并通过边合成边测序的方法进行双端测序。对所测读序(read)进行过滤,然后组装转录本,所用程序为 Trinity,主要参数为“min_kmer_cov 2”,最后将最长的转录本指定为元基因(unigene)。
1.3 差异表达分析
用 R 程序DESeq2 分析每个元基因所涉的所有读序的数量(count),通过 padj < 0.05 和|log2FoldChange| > 1 筛选差异表达基因。通过比较‘红阳’全果的 3 个样本即HD1 ~ HD3 和内层果肉和果心的 3 个样本(HX1 ~ HX3)得到‘红阳’果实外围及其内部果肉之间的差异表达基因,以及从‘金艳’全果的 3 个样本(JD1 ~ JD3)和内层果肉和果心的 3 个样本(JY1 ~ JY 3)得到‘金艳’果实外围及其内部果肉之间的差异表达基因。通过 HD1 ~ HD3 和 JD1 ~ JD3 得到‘红阳’和‘金艳’果实全果之间的差异表达基因,以及通过 HX1 ~ HX3 和 JD1 ~ JD3 得到这两种猕猴桃内部果肉之间的差异表达基因。基因表达水平用每百万个读序中的转录本数(transcripts per million reads,TPM)来衡量,其热图用 R 程序 heatmap 生成。原始读序以及它在每个元基因中的数量已登录 NCBI,编号为 GSE157207。
1.4 功能富集分析
首先分别在数据库 Swissprot 和 TrEMBL 中进行相似性序列搜索,然后从数据库 Uniprot 得到各个序列的 GO 注释,最终建立每个元基因的 GO 注释。使用 R 程序 clusterProfiler 进行功能富集分析,并采用超几何分布检验方法,用矫正后的P值(即Q值) < 0.05界定显著差异的生物功能。用REVIGO(http://revigo.irb.hr/)缩减 GO 条目,然后得到每两个 GO 之间共同基因的比例的矩阵,最后用 R程序 hclust 以及欧式距离和平均数法进行聚类分析。
1.5 MYB 基因分析
利用拟南芥 MYB 基因通过 BLAST®的 tblastn 以及 1e-005 的 E 值搜索‘红阳’基因组重叠群(contig)序列,用 Augustus进行基因预测,之后用 hmmer (McClure et al.,1996)鉴定基因组和转录组 MYB 基因,最后用 ClustalW(Thompson et al.,1994)进行序列比对,用 FastTree(Price et al.,2009)构建基因树,以及用 iTOL生成树图。
2 结果与分析
2.1 总体差异表达基因分析
两个品种 4 种取样各 3 次重复,共 12 个样本的测序数据表明,每个文库有(45.5 ± 4.6)百万条读序,读序的平均长度为(141 ± 2)bp(最大值为 150 bp),其中 Q30(准确率超过 99.9%)碱基占 95.0% ± 0.1%。在序列组装方面,‘金艳’的转录本有 245 244 条,它们进一步组成了 128 044 个元基因;‘红阳’有 222 866 个转录本和 113 220 个元基因。‘金艳’和‘红阳’的数据总共对应了26 194 个基因,这占基因组预测基因数(即 39 040 个)的 78.1%。比较‘金艳’与‘红阳’全果,‘金艳’有 1 259 个优势表达基因(preferentially expressed gene,PEG),‘红阳’有 1 334 个 PEG。功能富集分析表明,‘金艳’全果的 PEG 涉及了 15 个生物过程、26 个细胞成分以及 17 个分子功能;‘红阳’全果的 PEG 涉及了 11 个生物过程、10 个细胞成分以及1 个分子功能。‘金艳’全果的突出功能有 ATP 水解偶联的跨膜转运、细胞呼吸作用、裂解酶相关的有机氮化物复合物的合成、甲基转移酶介导的含硫复合物的合成、碳水化合物代谢、细胞壁形成、液泡膜上的离子转运、内质网膜上的催化反应、胞外空间的肽酶活性以及细胞骨架结构;‘红阳’全果中活跃的功能包括细胞大分子代谢、光合作用、昼夜节律、蛋白修饰、多肽交联以及光合作用碳固定。
比较‘金艳’与‘红阳’内层果肉和果心发现,前者有 885 个 PEG 而后者有 2 210 个 PEG,但在与各自的全果 PEG 叠加后‘金艳’内层果肉和果心有 511 个 PEG,而‘红阳’内层果肉和果心有792 个 PEG。‘金艳’内层果肉和果心的 PEG 涉及了 48 个 GO 条目,而‘红阳’是 77 个。‘金艳’内层果肉和果心特有的 GO 条目涉及细胞壁上的碳—碳裂解和烃基转移、液泡和质体跨膜转运阳离子、酯键水解和多肽酶解、发生于质膜的病毒免疫反应、黄酮合成、胞内外的酸性磷酸酶活性等;‘红阳’内层果肉和果心特有 GO 条目涉及光合作用、自噬反应、泛素途径、大分子代谢、氮化合物代谢、转录调控、乙烯通路、RNA 剪接、光照应答、胚后发育以及昼夜节律。总体上,‘金艳’PEG 似乎主要围绕着代谢,而‘红阳’中与发育有关。
比较‘红阳’全果与内层果肉和果心发现,果皮和外层果肉的 PEG 有 320 个,内层果肉和果心的 PEG 有 316 个。果皮和外层果肉 PEG 涉及了 12 个生物过程、6 个细胞组分和 8 个分子功能;而内层果肉和果心有 21 个生物过程、14 个细胞组分以及 13 个分子功能。‘红阳’果皮和外层果肉 PEG涉及的功能有氧脂合成、光合作用、转录因子结合调控、茉莉酸应答以及碳固定,而与其内层果肉和果心 PEG 有关的功能包括氨同化、多肽交联、亚精胺合成、嘌呤核苷合成、药物代谢、温度/过氧化氢/真菌等逆境应答、细胞壁生成、多糖代谢、细胞体积平衡以及水分/离子运输。
‘金艳’果皮和外层果肉的 PEG 有 1 626 个,而内层果肉和果心的 PEG 有 326 个;与‘红阳’的 PEG 叠加后发现,两品种果皮和外层果肉 PEG 有 98 个,而内层果肉和果心的 PEG 有 66 个。两品种果皮和外层果肉 PEG 涉及 1 个分子功能(GO:0016491,氧化还原活性)、2 个细胞组分(GO:0044434,叶绿体部分;GO:0009579,内囊体)以及 20 个生物过程,而生物过程条目主要围绕叶绿体里脂氧化物的合成、细胞对活性氧的应答、光合作用及其调控以及对细菌的免疫反应。两品种内层果肉和果心 PEG 涉及了 2 个细胞组分(GO:0005887,质膜整合组分;GO:0044459,质膜部分),而生物过程和分子功能主要在营养储备、品质调控、碳水化合物的跨质膜运输、细胞大小控制、失水应答等方面。
2.2 MYB 基因差异表达分析
分析转录组序列和基因组序列发现,‘红阳’和‘金艳’共有 194 个 R2R3 类型的 MYB 基因,它们在系统发育树上分别位于 A、B、C、D 和 F 等 5 个分支(图 1)。A 分支最为庞大,可进一步分为一大一小两个亚支;其中猕猴桃有 158 个成员,并含有藻类基因。A 分支的花青苷合成相关MYB 基因聚在一起,并且形成了 3 个主要的簇。B 分支里有 20 个猕猴桃基因,它们可形成 3 个同时包含了藻类基因的簇。C 分支只有 9 个猕猴桃基因且没有藻类基因,而 D 分支包含了 5 个猕猴桃基因和一些藻类基因。F 分支没有与其他 R2R3 基因聚在一起,但它也含有 2 个 MYB 结构域、并且在序列上与 D 分支非常相似。另外,3R 类型的 MYB 基因(含有 3 个串联的 MYB 结构域)组成 E分支,里面有 7 个猕猴桃基因,并且同时存在人类基因。G 分支为 4R 类型,有 2 个猕猴桃基因,然而这里的人类和酵母基因只有两个 MYB 结构域。
转录组数据表明,A 分支 39%(62 个)的 MYB 基因在果实里表达,其中 10 个为‘金艳’PEG,9 个为‘红阳’PEG;B 分支里 60%(12 个)的 MYB 基因在果实里表达,并且 3 个 PEG 都来自‘红阳’;C 分支各个基因均不在果实里表达;D 分支只有 1 个基因(20%)在果实里表达,并且为‘金艳’的 PEG;E 分支有 4 个基因(57%)在果实里表达,并且其中 3 个属于‘金艳’;F 分支有 1 个(50%)、G 分支有 2 个(100%)基因在果实里表达,不过它们的表达水平在两种猕猴桃之间都没有显著差异(图 1)。
在花青苷合成相关的 MYB 基因中,MYB-A63 在‘红阳’中的表达水平是‘金艳’中的 6.3 倍;MYB-A72 是 7.1 倍,MYB-A84 接近 6.0 倍。与 MYB-A63 亲缘关系最近的 MYB-A74 不在果实中表达,而离 MYB-A72 最近的 MYB-A73 以及离 MYB-A84 最近的 MYB-A83 的表达水平在两种猕猴桃之间没有显著差异。MYB-A72 在‘红阳’中生成了转录本,而在‘金艳’中未发现;‘金艳’中与之最相似的是 MYB-A73。MYB-A63 和 MYB-A84 的转录本在‘金艳’和‘红阳’中均有发现。氨基酸序列分析发现,MYB-A63、MYB-A72 和 MYB-A83 像所有 R2R3 类型的 MYB 基因一样,在 R3 结构域中拥有结合 bHLH 蛋白的位点(图 2)。MYB-A62 和 MYB-A75 还拥有花青苷合成相关 MYB 基因特有的基序,如前者中为 RPQPRIF(图 2)
2.3 花青苷合成相关基因差异表达分析
转录组序列和基因组序列分析,从猕猴桃中鉴定了 196 个 bHLH 基因和 271 个 WD40 基因,而在果实中表达的分别有 69 和 155 个(图 3),在‘金艳’中分别有 8 个和 13 个为 PEG,在‘红阳’中分别有 23 个和 21 个为 PEG。猕猴桃有两个 ANS 基因,其中 1 个在果实里表达。猕猴桃的所有 3个 F3H 都在果实里表达,并且 F3H1 在‘金艳’里为 PEG。猕猴桃一共有 4 个 FLS 基因,其中两个在果实里表达。猕猴桃的 4 个 DFR 基因均在果实中转录,两个品种间表达水平也没有显著差异。
猕猴桃有 4 个 CHS 基因和 3 个 CHI 基因,其中 CHS1 在‘金艳’里为 PEG。在 5 个 HCT 基因中,HCT1 和 HCT2 为‘金艳’的 PEG。猕猴桃有 7 个 CCoAOMT 基因,并且其中 3 个在果实里表达,CCoAOMT3 在‘金艳’中为 PEG。猕猴桃一共有 4 个 CYP98A 基因,其中 CYP98A4 在‘金艳’中为 PEG,而 CYP98A2 为‘红阳’的 PEG。
转录本 TPM 值的聚类分析表明,C1 簇的大部分基因在‘金艳’里有更高的表达水平,有的表现在内层果肉和果心,有的表现在全果,有的二者中都有。高表达只出现于内层果肉和果心样本的基因可能其表达范围就局限在该部位,在全果中的含量就会被稀释。类似地,高表达只出现于全果样本的基因其主要表达部位可能是外层果肉。两种样本均高表达的基因则可能在整个果实中均匀表达。C1 簇含有 MYB、WD40 和 bHLH 基因的不同进化分支,并且所有表达的 DFR、CCoAOMT 和HCT 基因都在这个分支内,此外还有 CHS1、F3H1 和 CYP98A4。C2 簇在‘红阳’中的表达水平比在‘金艳’中高,并且主要表现在全果样本;C2 簇含有各类调控基因,如 MYB-A63 以及酶基因CHS2/3/4 和 CYP98A2。C3 簇也在‘红阳’中高表达,但在一个全果样本中表达水平相对较低。因此,与 C2 相比,C3 可能更多地在内层果肉和果心中表达。C3 含有 MYB-A72 以及 CHI2、FLS1/2和 CYP98A1。C4 簇在‘金艳’和‘红阳’中都有表达,而且都在全果样本中低表达,同时该簇包含少量的 MYB 基因以及酶基因 F3H2/3 和 ANS 基因。
▲猕猴桃结果像葡萄一样多了
3 讨论
‘金艳’和‘红阳’全果各自的 PEG 数目相当,但前者涉及更多的 GO 条目,这暗示着更活跃的生理机能。‘金艳’是毛花猕猴桃(母本)与中华猕猴桃(父本)的杂交种,而‘红阳’极有可能由中华猕猴桃的体细胞变异而来。研究表明‘金艳’有明显的杂交优势(钟彩虹 等,2015)。与此一致,遗传因素极有可能使得美味猕猴桃和中华猕猴桃的果实具有不同的表皮下细胞结构和叶绿素脱除反应(Li et al.,2015;Gambi et al.,2018)。鲜果的生命活动涉及生物活性物质的积累、品质成分的改变、细胞壁变化、对病虫害逐渐易感,这些有诸多的内部影响因素(如转录因子、植物激素、一氧化氮、光信号转导、钙、小的非编码 RNA、表观遗传调控)和外部影响因素(如自然环境、栽培方法和采后贮藏)。总的来说,鲜果的成熟是一个极度异质的过程,比如即使果实的大小不再变化、其内在品质还会继续改变(Ho,1996)。需要说明的是,在湖南吉首地区 9 月猕猴桃采收时,‘红阳’已基本成熟,而‘金艳’尚未彻底成熟(尹翠波,2008),因此发育方面的因素可能使‘金艳’全果的 PEG 涉及更多的 GO 条目。‘金艳’内层果肉和果心的 PEG 及 GO 都少于‘红阳’,经过全果差异基因叠加过滤后,‘金艳’的 PEG 的数目仍只从相当于‘红阳’的 40%上升到 60%。可见,‘红阳’内层果肉和果心的生命活动更加活跃。‘红阳’果实一般较小,这有利于外界刺激,如光线深入内部,与此一致其内层果肉和果心 PEG 的 GO 涉及了光合作用和昼夜节律。另外,‘红阳’特有的花青苷的合成发生在果实内部。‘红阳’的外果和内层果肉及果心有着数量相当的 PEG,但二者有着各自不同的 GO,特别是外果有标志性的光合作用,而内层果肉和果心与营养储备有关。所以,猕猴桃果实的生命活动有着明显的区隔化。最近的研究表明,番茄果实的成熟是一个从内向外逐步推进的过程(Shinozaki et al.,2018)。猕猴桃与番茄同属浆果,并有较近的进化关系,因此它的成熟也可能有逐层推进的特点。‘金艳’果皮和外层果肉比内层果肉和果心的 PEG 显著多,则可能是猕猴桃果实成熟逐层推进的体现。
▲猕猴桃包装盒
猕猴桃的 R2R3 类型的 MYB 基因分别位于 5 个分支,并且几乎每个分支都包含藻类基因。另外,A 分支和 B 分支还分别可以进一步分为 2 个和 3 个亚支,而它们同时也包含藻类基因。因此,在陆地植物与藻类植物的共同祖先里,可能有 8 个 R2R3 基因。E 分支和 G 分支含有更多的 MYB
结构域,并且能在真菌以及动物里找到同源基因。所以,这两方面的证据表明 R2R3 类型的 MYB基因为植物所特有。4R 类型的 MYB 基因在植物和动物之间出现了分化,而 3R 类型的基因可能通过丢失第 1 个 MYB 结构域而产生了植物特有的 R2R3 类型(Dubos et al.,2010)。和较近的基因组相比(Huang et al.,2013;Gates et al.,2016),猕猴桃的 R2R3 基因显著增加。与此一致,4R 类型的基因在猕猴桃里有 2 个,而其他报道的植物中只有 1 个(Dubos et al.,2010;Stracke et al.,2010)。
▲猕猴桃开花授粉
猕猴桃的约 54.3%的 MYB 基因在果实里表达,并且涉及了 C 分支以外的其他所有分支或者亚支,这暗示果实的发育和成熟需要多种类型的 MYB 基因。果实是被子植物独有的结构,并且因为进化适应性形成了干果和肉果两大类型(Ruiz-Sanchez & Sosa,2015),而肉果又分为跃变型和非跃变型。因此,C 分支可能在其他类型的果实里、甚至在猕猴桃果实发育和成熟的其他时期里特异性表达。
与此同时,多个 MYB 基因之间可能相互作用(Hsu et al.,2015;Colanero et al.,2020),从而形成功能微调并导致果实多样。如前所述,各个分支内 MYB 基因在‘金艳’和‘红阳’之间的差异表达,既可能有遗传、又可能有发育上的原因。
▲猕猴桃苗
MYB-A72 在‘红阳’中的表达水平显著较高,并且它的蛋白产物具有典型的 R2R3 结构,以及具有结合 bHLH 蛋白的位点。该基因与已知的花青苷合成相关 MYB 基因处于相同的簇。更为重要的是,MYB-A72 只在‘红阳’而不在‘金艳’的果实中存在。并且,MYB-A72 在‘红阳’的内层果肉和果心有一定水平的表达。因此,MYB-A72 可能是‘红阳’红色果肉的遗传因素。花青苷合成相关 MYB 基因往往只是上游的调控区发生了变异,从而在转录水平上被激活,并可能产生对特定环境因素如低温的专一性应答,例如红肉柑橘的 MYB 基因 Ruby (Butelli et al.,2012)。虽然 MYB-A75被认为与‘红阳’内层果肉和果心花青苷的积累有关(Li et al.,2018,2019),但其在‘金艳’和‘红阳’中表达水平没有显著差异。果实里除表达 MYB 基因外,还表达众多的 WD40 和 bHLH 基因以及各种花青苷合成酶基因,这些基因可分成不同的表达簇,有的在‘金艳’和‘红阳’间、或者内层果肉和果心以及果皮和外层果肉间差异表达。与 MYB-A72 同处一簇的 WD40-A126 以及bHLH-B36 在‘红阳’中的表达水平显著高于‘金艳’,并且在‘红阳’中主要表达位置是内层果肉和果心。因此,MYB-A72、bHLH-B36 和 WD40-A126 有可能形成 MBW 调控复合体。MBW 复合体是植物进行转录调控的 1 个重要形式,参与包括花青苷合成在内的多项生命活动。MBW 的 3 种成分可能具有细胞自主性,所以只有它们同时出现于同 1 个细胞才能发挥作用,这往往使得花青苷只分布在狭窄的组织区域(Colanero et al.,2020)。CHI2、FLS1 和 CYP98A1 与以上 MBW 基因同处1 个表达簇,也在‘红阳’内层果肉和果心中高表达。因此,它们可能是该调控途径中的靶基因。
Abstract:Transcriptome comparison found that preferentially expressed genes(PEGs)were mainly involved in metabolism in the yellow-fleshed ripened‘Jinyan’kiwifruit,while they were generally related to development in red-fleshed‘Hongyang’. Meanwhile,PEGs from the peripheral part consisting of the peel and the outer layer of kiwifruits flesh and the remained core flesh part were related to their own hallmark function namely photosynthesis and nutrient reservoir,respectively. Kiwifruit possessed relatively abundant MYB genes of R2R3 type,and nearly all types of MYB genes were expressed in fruits.
MYB-A72 transcript could only be found in‘Hongyang’,and it possessed extremely high level of expression in the core flesh part,and additionally it was located within the clade including MYB genes for anthocyanin biosynthesis. Expression pattern clustering analysis revealed that bHLH-B36 and WD-A126 might participate in forming the MYB-bHLH-WD40 regulatory complex,and that CHI2,FLS1,and CYP98A might be the targets under its regulation.
Keywords:kiwifruit;anthocyanins;MYB;gene family;transcriptomic analysis