红掌开花相关基因的鉴定与表达分析

摘要

花期是观赏植物育种的主要目标性状之一。成株红掌可周年开花，但不同品种从试管苗移栽到开花的时间不同，成株开花效率也不一样。因此研究红掌开花特性的分子机理对推动红掌育种和产业发展具有重要意义，对其他花卉成花机理研究和花期改良也具有重要参考价值。本研究对‘丰韵红掌’的花发育过程进行观察，通过转录组测序和分析，找出与红掌开花的相关基因，通过qRT-PCR分析，确定红掌开花关键基因。主要研究结果如下:　　1、红掌花序和叶形成发育过程分期 根据对‘丰韵红掌’花序形成和发育过程观察结果，将红掌花序形成发育过程分为花序诱导期、花序分化期、小花原基形成期、佛焰苞初露期、佛焰苞着色期、花梗伸长期和佛焰苞展开期7个时期，将红掌叶形成发育过程分为叶原基诱导期、叶分化期、叶形成期、叶着色期、叶柄伸长期、叶片抽出期和叶片展开期7个时期。　　2、‘丰韵红掌’转录组测序分析 共得到98644个Unigene，最大长度为16765bp，最小长度为201 bp，平均组装长度为839 bp。经相关数据库比对分析，被注释的Unigene有10254个，占10.39%。差异表达基因有10692个，其中叶分化期（L1）和花序分化期（B1）的差异表达基因有6266个，叶形成期（L2）和小花原基形成期（B2）的差异表达基因有3885个，花序分化期（B1）和小花原基形成期（B2）的差异表达基因有3460个，共同差异表达基因共197个。　　3、KEGG和GO富集分析 L1-VS-B1的差异表达基因主要富集在过氧化物酶体、角质、丝氨酸和蜡生物合成、硫代谢、其他多糖降解作用、氨基酸、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成等通路上；L2-VS-B2 的差异表达基因主要富集在碳代谢、硫代谢、他多糖降解作用、磷酸戊糖途径和糖酵解/糖异生等通路上。B1-VS-B2的差异表达基因主要富集在角质、丝氨酸和蜡生物合成、过氧化物酶体和核糖体等通路中。GO注释结果表明，两个时期的叶和花中的差异基因主要富集在代谢过程、细胞进程、单组织过程、应激响应、生物调节和定位等GO term中。而B1-VS-B2的差异基因主要富集在代谢过程，细胞过程、单组织过程和定位等GO term中。　　4、红掌花期相关基因的筛选 利用本地 BlastX，从转录组中共找出红掌花期相关基因92个。其中，光周期途径和节律途径基因30个、开花整合子途径 27个，赤霉素途径11个，春化途径9个，自主途径11个，年龄途径4个。　　5、内参基因的筛选 在TUB、GADPH、ACTB和EF1a 4个内参基因中， TUB更适合作为‘丰韵红掌’不同器官基因表达分析的内参基因，而GADPH更适合作为6个红掌品种茎和叶基因表达分析的内参基因。　　6、COP1、PEP、FPA和FLC在盛花期叶片中的表达 FPA基因在晚花品种中表达量高，在早花品种中表达量低；FLC 基因除在中花品种‘丰韵红掌’叶片中表达量稍高外，其它红掌中均低表达；PEP和COP1基因在在早花和中花的品种中表达量低，在晚花品种中表达量高。　　7、COP1、PEP、FPA 和 FLC 在‘丰韵红掌’试管苗移栽后第 6、7、8、9、10月和始花期的表达 COP1和 FLC在茎中的表达量最高，移栽后第6个月表达量最高、第10个月最低； PEP基因移栽后第6个月茎中表达量最高、盛花期量低，第8个月根中表达量最高、第7个月最低；FPA在茎干中表达量最高，移栽后第6个月表达量最高，第7个月最低。　　通过上述研究，明确红掌花序和叶形成发育过程及其转录组差异，初步确定与幼年期长短有关的基因，为进一步阐明红掌周年开花的分子机理和花期改良奠定了基础。

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