朱凱傑18/3/12轉錄組分析黃肉蘋果突變體的轉錄調控網路

自然界中大部分果實都有其獨特的顏色，這是因為它們富含各種色素，例如蘋果和葡萄中富含花青素，而柑橘中富含類胡蘿蔔素等，色素不僅能給果實誘人的色澤，以便吸引昆蟲或動物為其傳播種子，還具有抗氧化等功能，對植物體自身的光合作用和人類的健康都很重要。蘋果中花青素的含量對蘋果的外觀品質有很大影響，直接影響其商業價值和營養價值，因此蘋果中花青素相關的研究很重要。

2015年以美國康奈爾大學園藝系的Kenong Xu 教授為通訊作者的研究論文「Transcriptomeanalysis of an apple (Malus × domestica) yellow fruit somatic mutationidentifies a gene network module highly associated with anthocyanin andepigenetic regulation」在JXB上發表，講述了正常紅蘋果的突變體黃蘋果是由於其MdMYB10啟動子區域的甲基化，抑制了MdMYB10的表達，使得MdGST的表達也下調，從而負調控花青素的積累，形成了花青素含量很低的黃蘋果。

背景：

體細胞變異是木本果樹種質資源的重要來源，本文所講的黃蘋果BLO就是由普通紅蘋果KID的體細胞突變而來。蘋果中的花青素，不光給果實誘人的色澤，還具有抗氧化等功能，對人體健康有益。主要有3個方面影響蘋果中花青素的含量：1，合成：在蘋果中已經克隆了催化花青素合成的一系列酶，其合成途徑研究較清楚；2，轉錄調控：環境和蘋果自身的發育因素對其花青素的積累調控的相關轉錄因子被大量報道，其中MYB-bHLH-WD40會形成MBW的複合體，共同調控花青素合成；3，運輸和存儲：花青素有細胞質向液泡運輸，並在液泡中儲存，相關的基因也有被克隆和研究，例如GSTs和MATEs等。但是，環境因素如何調控上述3個方面的研究很少，例如MBW的複合體如何被環境調控。相關突變體的研究為這方面內容提供了線索。方法：花青素測定，轉錄組，定量分析，甲基化分析，遺傳作圖等。

KID:紅皮蘋果

BLO:黃皮蘋果

WGCNA:基因權重共表達網路分析

結果：

1，DNA指紋圖譜分析顯示KID和BLO之間不存在顯著差異，表明BLO是KID的一個突變體；

2，花青素含量分析顯示KID隨著發育時期，花青素含量顯著升高，而BLO不積累花青素（下圖）；

1，KID,BLO 4個發育時期轉錄組中的差異基因分析（下圖）；

1，WGCNA分析表明Pink模塊中有34個基因與花青素相關，Cytoscape圖顯示其中WD40、DFR 與其他基因連接較少（下圖）；

1，WGCNA分析結果的功能注釋顯示其中24個基因在花青素的合成，調控和轉運途徑上，定量分析驗證了轉錄組測序的可靠性（下圖）；

6，MdMYB10和MdGST遺傳和表觀遺傳。轉錄組分析顯示MdMYB10和MdGST這兩個基因在兩個品種中差異最大，確定為候選基因，進一步分析這兩個基因，發現他們的序列，啟動子序列均為改變，MdGST不存在甲基化，而MdMYB10這個基因在其啟動子的MR3 (?1246 to?780)和MR7 (?2585 to?2117)兩個區域存在甲基化（下圖）

，在蘋果發育過程中MdMYB10啟動子的甲基化水平分析顯示隨著發育時期，其甲基化水平都有所升高，但是BLO中甲基化水平顯著比KID中的要高（下圖）

利用花青素含量不同的各蘋果品種中果皮，果肉中的轉錄水平分析顯示WGCNA分析結果中獲得的那10個基因與花青素含量相關（下圖）

討論：

1，WGCNA分析結果找到了與花青素積累顯著相關的基因，且它們的差異表達引起了BLO和KID兩蘋果品種的花青素差異；

2，MdMYB10啟動子的甲基化引起了MdMYB10基因的下調錶達，影響了花青素的合成途徑，BLO中花青素含量降低；

3，MdGST基因參與花青素的運輸和存儲，轉錄組分析顯示在BLO中該基因的表達水平顯著下調，而之前研究顯示MdMYB10基因能調控MdGST基因，故BLO突變的機制可能是MdMYB10啟動子的甲基化引起了MdMYB10基因的下調錶達，進一步引起MdGST基因表達下調，這兩個基因分別從花青素的合成和運輸方面降低了BLO中花青素的含量。

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