Page 119 - 《广西植物》2023年第11期

１１ 期 刘保财等: 多花黄精种子萌发前后基因表达特征分析 ２ ０ ７ ９

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｐｏｌｙｇｏｎａｔｕｍ ｃｙｒｔｏｎｅｍａ ｓｅｅｄｓ ｈａｖｅ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｄｏｒｍａｎｃｙ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎꎬ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｋｅｙ
ｇｅｎｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｅｅｄｓ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｓｅｅｄ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｂｒｅａｋｉｎｇ
ｄｏｒｍａｎｃｙ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ￣ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ (Ｉｌｌｕｍｉｎａ ＨｉＳｅｑ ２５００)ꎬ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ａｎｄ
ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｆｏｕｒ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ Ｐ. ｃｙｒｔｏｎｅｍａ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ
ｒｅｐｌｉｃａｔｅｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１) Ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ ３８８ ２３１ Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ ａｎｄ １７８ ３１９ Ｕｎｉｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｄｅ
ｎｏｖｏ ａｓｓｅｍｂｌｙ. (２) Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ １１ ８１７ Ｕｎｉｇｅｎｅｓ ｗｉｔｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎꎬ ６ ４０５ ｗｅｒｅ ｕｐ￣
ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ５ ４１２ ｗｅｒｅ ｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄ. (３) Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＧＯ
ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｕｐ￣ ａｎｄ ｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｕｎｉｎｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎꎬ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ. (４) ＫＥＧＧ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｉｎ ｒｉｂｏｓｏｍｅꎬ ｐｌａｎｔ ｈｏｒｍｏｎｅ
ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎꎬ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｓｕｃｒｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｔｈｗａｙｓꎻ ｔｈｅ ｕｐ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ
ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｉｎ ｒｉｂｏｓｏｍｅ ２３１ꎬ ｐｌａｎｔ ｈｏｒｍｏｎｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ ５６ꎬ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｓｕｃｒｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ７６ ａｎｄ ｏｔｈｅｒｓꎻ ｔｈｅ
ｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｉｎ ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄ ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ４８ ｐｌａｎｔ ｈｏｒｍｏｎｅ ｓｉｇｎａｌ
ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ ４８ꎬ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｓｕｃｒｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ４８ꎬ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｔｈｗａｙｓꎻ ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ ４０ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ
ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａｕｘｉｎ ｐａｔｈｗａｙ ｋｅｙ ｅｎｚｙｍｅｓ. Ｇｅｎｅｓ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｓｕｃｒｏｓｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｓｙｎｔｈａｓｅ ｗｅｒｅ ｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｇｅｎｅｓ
ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｇｌｙｃｏｇｅｎ ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｓｅ ｗｅｒｅ ｕｐ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｓｕｃｒｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙｓ. Ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈａｔ ｐｌａｎｔ ｈｏｒｍｏｎｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｓｕｃｒｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｐｌａｙ ａ ｋｅｙ ｒｏｌｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ
ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐ. ｃｙｒｔｏｎｅｍａ ｓｅｅｄｓꎬ ａｎｄ ｃｌａｒｉｆｙ ｔｈｅ ｋｅｙ ｇｅｎｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｐａｔｈｗａｙｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙꎬ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｐ. ｃｙｒｔｏｎｅｍａ ｓｅｅｄｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｐｏｌｙｇｏｎａｔｕｍ ｃｙｒｔｏｎｅｍａꎬ ｓｅｅｄｓꎬ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎꎬ ｇｅｎｅｓꎬ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

多花黄精( Ｐｏｌｙｇｏｎａｔｕｍ ｃｙｒｔｏｎｅｍａ) 属于黄精 茎秦艽种子萌发前、萌发中及萌发后 ３ 个阶段的转
属多年生草本植物( Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０００)ꎬ为习用的 录组分析结果表明ꎬ光照条件和激素水平为粗茎秦
药食两用物种(Ｌｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２ꎻ Ｗｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２)ꎬ 艽种子萌发过程的重要调控因子(杨晓等ꎬ ２０２１)ꎻ
具有补气养阴、健脾、润肺、益肾的功效ꎬ用于治疗 鸡骨草种子具有极低的发芽率ꎬ通过赤霉素处理ꎬ
脾胃气虚、体倦乏力、胃阴不足、口干食少、肺虚燥 编码 ＣＹＰ７８Ａ５、Ｂｇ７ｓ、ＧＡ￣２０￣ｏｘ、ｒｄ２２、ＭＹＢ４、ＬＥＡ、
咳等疾病(国家药典委员会ꎬ ２０２０)ꎮ 现代药理研 ＣＨＳ 等 蛋 白 的 基 因 发 生 了 上 调 ( Ｓｈｉｍｉｚｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ
究表明ꎬ多花黄精含有多糖、生物碱、黄酮等生化 ２０２２)ꎻ同属黄精种子的转录组学研究揭示了变温
成分ꎬ具有降血糖、抗疲劳、抗炎、抗菌和调节免疫 可打破种子上胚轴的休眠机制ꎬ明确植物激素、染
等作用(Ｌｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８ꎬ ２０２０ꎻ Ｇａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２)ꎮ 色体修饰、ＤＮＡ 甲基化、ｍＲＮＡ 降解、胚乳弱化和细
随着人们对多花黄精的认知加深ꎬ其倍受青睐ꎬ栽 胞壁结构相关的基因协同控制着黄精种子萌发、上
培面积逐步扩大( 黄申等ꎬ ２０２０)ꎮ 多花黄精等药 胚轴休眠和幼苗形成(Ｌｉａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１)ꎮ 在黄精种
用植物的种子存在后熟的生理现象ꎬ收获后需要 子发育与休眠解除过程中ꎬ与种胚形态建成、多糖
沙藏贮存ꎬ常规晒干后迅速降低种子的发芽率( 刘 分解及蛋白质合成等相关的差异基因表达上调且
保财等ꎬ ２０１５ꎻ 安瑞朋等ꎬ ２０２０)ꎬ而多花黄精种 涉及多个代谢途径的相互作用ꎬ构成复杂的休眠解
子苗的繁育对多花黄精的生产及其产业健康发展 除调控网络(罗丽娜和向增旭ꎬ ２０２１ꎻ Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ

具有重要意义(刘保财等ꎬ ２０１７)ꎮ ２０２２)ꎮ 然而ꎬ当前关于多花黄精种子的萌发过程
转录组测序技术已成为种子萌发( Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ 的基因研究报道较少ꎬ尤其是对种子萌发具有关键
２０２２)、 生物合成 ( Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２ꎻ Ｓｏｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ 作用的特征性表达通路与基因尚不清楚ꎬ阻碍了多
２０２２)等关键基因发现的有效手段ꎮ 基于转录组方 花黄精种子育苗、种子生理及其综合开发利用ꎮ 本
法ꎬ对重楼种子休眠解除过程中差异基因的表达情 研究利用转录组学方法ꎬ对多花黄精种子萌发过程
况及相关代谢通路进行研究ꎬ明确重楼种子的休眠 中的 ４ 个阶段开展了测序ꎬ拟探讨:(１)多花黄精种
与脱落酸、赤霉素、生长素、油菜甾醇、细胞分裂素、 子萌发后ꎬ哪些通路为关键通路ꎻ(２)这些关键通路
乙烯、茉莉酸和水杨酸相关(Ｓｏｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２)ꎻ粗 上哪些基因进行了显著变化ꎮ 为打破多花黄精种