李永寧，尹彥棚，周羅靜，藍(lán) 鑫，侯飛俠，彭 成，高繼海

? 藥材與資源 ?

基于轉(zhuǎn)錄組測序的姜黃側(cè)根發(fā)育分析及相關(guān)基因篩選

李永寧，尹彥棚，周羅靜，藍(lán) 鑫，侯飛俠，彭 成，高繼海*

成都中醫(yī)藥大學(xué) 西南特色中藥資源國家重點實驗室，四川 成都 611137

姜黃主根形成中藥姜黃，側(cè)根形成藥材郁金。為探知姜黃主根與側(cè)根形成過程的差異和側(cè)根生長膨大的分子機制，對姜黃主根與側(cè)根進行轉(zhuǎn)錄組測序，挖掘促使側(cè)根生長膨大的關(guān)鍵基因。以姜黃主根和側(cè)根為材料，采用Illumina HiSeq高通量測序平臺進行轉(zhuǎn)錄組測序，組裝與注釋后進行差異表達(dá)基因篩選。轉(zhuǎn)錄組測序共獲得42.69 Gb clean data，共得到42 748條Unigene，其中35 456條被注釋。主根和側(cè)根中的差異表達(dá)基因（differentially expressed genes，DEGs）有1551個，（gene ontology，GO）富集結(jié)果表明，姜黃主根與側(cè)根的DEGs主要富集于代謝過程、細(xì)胞過程、催化過程、轉(zhuǎn)運過程、結(jié)合等功能，COG富集結(jié)果表明，主根與側(cè)根中DEGs主要富集于碳水化合物代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制。KEGG富集分析顯示，根中DEGs主要富集在淀粉和糖代謝、植物激素信號傳遞等代謝通路中。通過注釋信息篩選出姜黃側(cè)根生長膨大相關(guān)的差異表達(dá)基因，關(guān)鍵差異表達(dá)基因與通路分析表明側(cè)根中蔗糖合成酶基因、生長素響應(yīng)基因（、、）的表達(dá)上調(diào)可能是姜黃側(cè)根生長膨大的影響因素。通過對姜黃主根與側(cè)根高通量轉(zhuǎn)錄組測序，揭示了姜黃側(cè)根生長膨大的關(guān)鍵基因，可以為姜黃根系生長的生物學(xué)機制提供參考。

姜黃；轉(zhuǎn)錄組；主根；側(cè)根；生長；代謝過程；細(xì)胞過程；催化過程；轉(zhuǎn)運過程

姜黃L.為姜科（Zingiberaceae）姜黃屬多年生草本植物，主根炮制后作藥材“姜黃”，側(cè)根炮制后作藥材“郁金”，姜黃主根呈不規(guī)則倒卵圓形，表面深黃色，有明顯環(huán)節(jié)；側(cè)根呈紡錘形，表面棕灰色[1]。姜黃具破血行氣、通經(jīng)止痛的功效，郁金具活血止痛、行氣解郁、清心涼血的功效。姜黃主根與側(cè)根主要化學(xué)成分為姜黃素類和揮發(fā)油類成分，此外，主根中包含姜黃二酮、樟腦，側(cè)根中包含郁金二酮、龍腦及樟腦等成分?，F(xiàn)代藥理表明姜黃主根及側(cè)根有抗炎、抗腫瘤、抗氧化作用，側(cè)根還可治療抑郁，對心血管病有較好的治療作用[2]。

姜黃根系生長膨大是多因素作用的復(fù)雜過程，受內(nèi)源激素、蔗糖及淀粉代謝等相關(guān)因素的影響[3]。其中生長素是側(cè)根生長的主要調(diào)控因子，在側(cè)根發(fā)生的建成細(xì)胞選擇、側(cè)根原基的發(fā)育和側(cè)根分生組織的激活3個階段均起調(diào)控作用[4]，可以促進側(cè)根的生長發(fā)育[5-6]。側(cè)根膨大需要物質(zhì)和能量，在光合產(chǎn)物從源到庫后，側(cè)根作為庫器官，蔗糖在庫器官轉(zhuǎn)化為干物質(zhì)，促使側(cè)根膨大。姜黃的側(cè)根在10月下旬進入膨大期，部分側(cè)根末端開始發(fā)育膨大，光合產(chǎn)物向側(cè)根轉(zhuǎn)移，側(cè)根干物質(zhì)量增加，于12月側(cè)根質(zhì)量達(dá)到最大值。而姜黃主根在8月開始膨大，11月中旬至次年1月為主根干物質(zhì)量達(dá)到最大值[7]。姜黃主根與側(cè)根的發(fā)育及膨大時間均不相同，乃至種植方式亦有區(qū)別，因此在實際生產(chǎn)中，受內(nèi)外環(huán)境影響，形成犍為、沐川的姜黃道地產(chǎn)區(qū)和崇州、雙流的郁金道地產(chǎn)區(qū)[8]。姜黃側(cè)根相對主根的生長過程差異較多，其受生長素、蔗糖及淀粉代謝等其他內(nèi)環(huán)境因素影響的分子機制不明，利用RNA-Seq技術(shù)，選擇發(fā)育成熟的姜黃植株根系進行轉(zhuǎn)錄組測序研究，對姜黃側(cè)根發(fā)育相關(guān)的差異表達(dá)基因進行篩選，從轉(zhuǎn)錄組水平探究姜黃側(cè)根發(fā)育的基因表達(dá)特征，可為實際生產(chǎn)中姜黃主根與側(cè)根的栽培和育種提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料

姜黃于2021年12月采收于四川省犍為縣（坐標(biāo)：104°07′22″E，029°03′48″N），經(jīng)成都中醫(yī)藥大學(xué)高繼海副教授鑒定為姜科植物姜黃L.。挖取新鮮姜黃主根和側(cè)根共6個樣本，立即投入液氮保存，之后置于?80 ℃保存?zhèn)溆?。主根編號為JH-1、JH-2、JH-3；側(cè)根編號為YJ-1、YJ-2、YJ-3。

2 方法

2.1 總RNA的提取與文庫構(gòu)建

采用Trizol Kit （Burlington Co.，加拿大）提取各樣品總RNA, Oligo （dT）磁珠分離純化，將mRNA分解成短基因片段后反轉(zhuǎn)錄成cDNA鏈，委托北京百邁客生物科技有限公司構(gòu)建測序文庫。

2.2 轉(zhuǎn)錄組測序、組裝及功能注釋

采用Illumina Hiseq2500高通量測序平臺對姜黃轉(zhuǎn)錄組文庫進行測序。截取測序引物，過濾原始序列的低質(zhì)量數(shù)據(jù)，得到clean reads。使用Trinity軟件將測序Reads打斷為較短是片段（K-mer），然后將這些片段延伸成較長的片段（Contig），并得到長片段集合Comonent（Unigene）。利用BLAST軟件將Unigene序列與NCBI的非冗余蛋白序列（NR）、Swiss-Prot蛋白序列（Swiss-Prot）、（gene ontology，GO）、直源同源群集數(shù)據(jù)庫（clusters of orthologous group，COG）、真核同源群數(shù)據(jù)庫（eukaryotic orthologous groups，KOG）、eggNOG4.5、京都基因與基因組百科全書Kyoto encyclopedia of genes and genomes（KEGG）等數(shù)據(jù)庫進行比對。使用KOBAS2.0得到了Unigene在KEGG中的KEGG Orthology結(jié)果，并得到了Unigene的注釋信息。

2.3 基因表達(dá)與差異富集分析

利用TransDecoder軟件預(yù)測Unigene的編碼區(qū)域及其對應(yīng)的氨基酸序列。用MISA軟件對大于1 kb的Unigene進行SSR分析。利用STAR軟件對每個樣本的reads和Unigene序列進行比較，并通過GATK針對RNA-Seq的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNP）識別（SNP Calling）流程，識別SNP位點。在FPKM表達(dá)量分析的基礎(chǔ)上，設(shè)置錯誤率（false discovery rate，F(xiàn)DR≤0.5）、絕對值差異倍數(shù)（Fold Change，F(xiàn)C）≥2，采用DEGseq R進行姜黃轉(zhuǎn)錄組樣品差異表達(dá)分析，使用Goseq R、KOBAS軟件對差異表達(dá)基因（differentially expressed genes，DEGs）進行GO、COG、KEGG、KOG、Pfam、eggNOG等的富集分析。

2.4 實時熒光定量PCR（qRT-RCR）驗證

隨機選取5個參與生長素途徑相關(guān)差異表達(dá)基因進行qRT-RCR驗證，5個差異基因為生長素響應(yīng)基因16（auxin response factor 16）、生長素運輸?shù)鞍譈IG（auxin transport protein BIG）、生長素響應(yīng)基因12（auxin response factor 12）、吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶GH3.1（indole-3-acetic acid-amido synthetase GH3.1）、生長素響應(yīng)基因7（Auxin transport protein 7），以測序?qū)嶒炌螛悠返腸DNA為模板，使用為Actin內(nèi)參基因，利用CDS序列和Primer5軟件設(shè)計qRT-PCR特異性引物（表1）。采用SsoFastTMEva Green Su-peremix （Bio-Rad，美國）進行定量表達(dá)檢測，同2???Ct方法計算基因的相對表達(dá)量。

表1 qRT-RCR擴增特異引物

Table 1 Specific primers of qRT-PCR amplification

基因ID正向引物（5’-3’）反向引物（5’-3’） actinAGGAACCACCGATCCAGACAGGTGCCCTGAGGTCCTGTT c410320.graph_c0CCTGCGGCTTGTGGATTAGTTTCGCTGTGACCTTGGGGA c409034.graph_c0CATGAGGATGACGCAGCAAACCGCAAACTGTCGGAGAACG c397769.graph_c0GGCAACCCCGTAGACATCTGATTCCCAACCTCAACACCCC c405834.graph_c0CTTTCGCTGGTTTGTACCGTTATCCACCTCGTCCGTCTTGTC c404082.graph_c0TACAGGGAGCCAGGCAAGATGCGCTAGGGGGACAGGAAACT

3 結(jié)果與分析

3.1 轉(zhuǎn)錄組測序與注釋

對姜黃主根和側(cè)根6個樣品轉(zhuǎn)錄組文庫進行測序，共獲得42.69 Gb clean data，各樣品clean data均達(dá)到6.48 Gb，Q30堿基百分比在93.32%及以上，其中主根70 279 161條clean reads，側(cè)根72 305 640條Clean Reads，經(jīng)過Trinity組裝共得到42 748 條Unigene，50為1768，表明本實驗姜黃轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫質(zhì)量較高，可用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。

通過選擇BLAST參數(shù)E-value不大于1×10?5和HMMER參數(shù)E-value不大于1×10?10，最終獲得35 456個有注釋信息的Unigene，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

3.2 差異表達(dá)分析

設(shè)置篩選差異條件為FDR＜0.01且FC≥2作為篩選標(biāo)準(zhǔn)，共獲得1551個差異基因，其中側(cè)根表達(dá)量上調(diào)基因為675個，下調(diào)基因876個（圖1）。

表2 Unigene注釋統(tǒng)計

Table 2 Statistics of annotated Unigene

數(shù)據(jù)庫注釋數(shù)量長度≥300長度≥1000 COG10 362 4 297 6 065 GO25 66711 90713 760 KEGG20 082 8 93011 152 KOG17 341 7 766 9 575 Pfam24 48010 79413 686 Swissprot18 887 7 96810 919 TrEMBL29 16513 54115 624 eggNOG23 51710 31513 202 nr34 98718 04316 944 All35 45618 45517 001

圖1 姜黃主根側(cè)根DEGs統(tǒng)計

3.3 主根、側(cè)根DEGs分析

將姜黃和郁金之間的DEGs注釋到GO蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，按照功能被注釋到生物過程（biological process）、細(xì)胞組分（cellular component）、分子功能（molecular function）3個大類58個功能小類，富集最多的是細(xì)胞組分亞類。與細(xì)胞組分相關(guān)的功能主要富集于細(xì)胞485個、細(xì)胞部分485個。與分子功能相關(guān)的富集功能主要有結(jié)合共622個，有254個DEGs上調(diào)和368個DEGs下調(diào)。與生物過程有關(guān)的功能主要富集在代謝過程489個（圖2）。476條差異基因獲得COG注釋（圖3），在注釋到的26個功能分類中，其中碳水化合物運輸和代謝包含的Unigene數(shù)量最多（G，84），其次是信號傳導(dǎo)機制（T，53），一般功能預(yù)測項目（R，50）和次生代謝物的生物合成、運輸和分解代謝（C，40）。

圖2 姜黃主根與側(cè)根中DEGs的GO功能分類

圖3 姜黃主根與側(cè)根轉(zhuǎn)錄組序列DEGs的COG分類

3.4 DEGs KEGG代謝通路分析

本研究將姜黃與郁金的差異基因在KEGG數(shù)據(jù)庫對比，結(jié)果表明，有909條差異基因被注釋到5個大類中，包括細(xì)胞過程、環(huán)境信息處理、遺傳信息處理、新陳代謝和生物系統(tǒng)，富集最多的為新陳代謝類。差異基因被富集到115個代謝通路，按照差異基因注釋量大小依次排序，選取前20個代謝通路（表3），主要注釋到植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（plant hormone signal transduction）、碳代謝（carbon metabolism）、植物-病原互作（plant-pathogen interaction）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工（protein processing in endoplasmic reticulum）、淀粉和蔗糖代謝（starch and sucrose metabolism）、MAPK信號通路-植物（MAPK signaling pathway-plant）、氨基酸生物合成（biosynthesis of amino acids）等通路，富集程度最高的代謝通路為植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，有46個差異基因。在姜黃生長素信號通路途徑上發(fā)現(xiàn)了10個生長素受體，相對姜黃主根，上調(diào)表達(dá)的生長素相關(guān)基因有6個，下調(diào)表達(dá)的4個，生長素IPA合成途徑基因有4個，上調(diào)表達(dá)3個，下調(diào)表達(dá)1個（表4），表明相對主根，姜黃側(cè)根生長素信號通路途徑更活躍。其次為碳代謝和植物病原菌互作，分別有44、33個差異基因。此外淀粉和蔗糖代謝（29個）、苯丙素生物合成（22個）也有大量差異基因富集。生長素合成和響應(yīng)關(guān)鍵差異表達(dá)基因熱圖和生長素促進植物根系生長通路圖見圖4。

表3 姜黃轉(zhuǎn)錄組DEGs KEGG通路分析統(tǒng)計

Table 3 KEGG pathway classifications of DEGs in C. longa transcriptome

編號通路通路IDDEGs數(shù)量 1植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（plant hormone signal transduction）ko0407546 2碳代謝（carbon metabolism）ko0120044 3植物-病原互作（plant-pathogen interaction）ko0462633 4內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工（protein processing in endoplasmic reticulum）ko0414129 5淀粉和蔗糖代謝（starch and sucrose metabolism）ko0050029 6MAPK信號通路-植物（MAPK signaling pathway-plant）ko0401629 7氨基酸生物合成（biosynthesis of amino acids）ko0123026 8糖酵解/糖異生（glycolysis/gluconeogenesis）ko0001022 9苯丙烷類化合物生物合成（phenylpropanoid biosynthesis）ko0094022 10剪接體（spliceosome)ko0304019 11氨基糖和核苷酸糖的代謝（amino sugar and nucleotide sugar metabolism）ko0052018 12乙醛酸和二羧酸代謝（glyoxylate and dicarboxylate metabolism）ko0063015 13半胱氨酸和蛋氨酸代謝（cysteine and methionine metabolism）ko0027014 14光合生物中的碳固定（carbon fixation in photosynthetic organisms）ko0071013 15內(nèi)吞作用（endocytosis）ko0414412 16半乳糖代謝（galactose metabolism）ko0005212 17RNA運輸（RNA transport）ko0301312 18核糖體（ribosome）ko0301011 19丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝（alanine, aspartate and glutamate metabolism）ko0025011 20甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝（glycine, serine and threonine metabolism）ko0026011

表4 姜黃根中生長素途徑基因

Table 4 Genes of auxin pathway regulated in roots of C. longa

基因編號表達(dá)變化基因注釋 c397769.graph_c0上調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor） c391677.graph_c0上調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor SAUR32） c389801.graph_c0上調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor SAUR76） c409034.graph_c0上調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor） c407275.graph_c0上調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor AUX/IAA） c395155.graph_c0上調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor SAUR50） c410320.graph_c0下調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor AUX/IAA） c404082.graph_c0下調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor GH3） c405834.graph_c0下調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor） c407971.graph_c0下調(diào)生長素響應(yīng)因子（auxin response factor AUX/IAA） c396355.graph_c0上調(diào)生長素合成酶（auxin response factor YUCCA2） c401872.graph_c0上調(diào)生長素合成酶（auxin response factor TAA4） c409165.graph_c0上調(diào)生長素合成酶（auxin response factor TAA2） c387677.graph_c0下調(diào)生長素合成酶（auxin response factor YUCCA10）

JH1～JH3-主根 YJ1～YJ3-側(cè)根

3.5 轉(zhuǎn)錄因子分析

將所注釋的Unigene與Plant TFDB（Plant transcription factor database）和Animal TFDB （Animal transcription factor database）數(shù)據(jù)庫進行比較，在姜黃主根與側(cè)根差異基因轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中共有2510條Unigene被注釋為轉(zhuǎn)錄因子，最多的轉(zhuǎn)錄因子類型有 C2H2、bZIP、bHLH、AP2/ERF等，其中數(shù)目最多的轉(zhuǎn)錄因子是C2H2（圖5）。AP2/ERF家族轉(zhuǎn)錄因子中91個差異基因主要在側(cè)根中高表達(dá)，反映該家族轉(zhuǎn)錄因子通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控姜黃側(cè)根發(fā)育中起重要作用。

3.6 qRT-PCR驗證

本研究為驗證轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性，隨機選取5個生長素相關(guān)差異表達(dá)基因進行qRT-PCR驗證，5個差異基因的相對表達(dá)量與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的FPKM值變化趨勢基本上一致（圖6），結(jié)果表明生長素響應(yīng)基因2、生長素響應(yīng)基因16在側(cè)根中表達(dá)上調(diào)，與轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果趨勢基本一致，說明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)結(jié)果可靠。

圖5 姜黃轉(zhuǎn)錄因子家族統(tǒng)計

4 討論

植物側(cè)根生長膨大需要能量補充和生物量累積，在淀粉和糖代謝、碳代謝等基礎(chǔ)代謝的共同作用下，側(cè)根開始生長發(fā)育。本研究通過富集分析發(fā)現(xiàn)，姜黃主根和側(cè)根在碳代謝、淀粉和糖代謝差異基因富集較多，側(cè)根中淀粉和蔗糖代謝相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)，側(cè)根膨大和蔗糖和淀粉代謝相關(guān)，姜黃側(cè)根郁金是作為塊根，淀粉是其生長膨大的原因之一，本研究中淀粉和蔗糖代謝通路富集差異基因較多，蔗糖合成酶通路找到3個基因sucrose synthase 1（）、、上調(diào)，基因在植物中可以促進淀粉合成和生長發(fā)育，在百合鱗莖[9]、石蒜[10]、鐵棍山藥[11]、白及[12]等植物中得到證實，占雷雷[13]發(fā)現(xiàn)促進甘薯塊根膨大，表明蔗糖合成酶可能是促進姜黃側(cè)根膨大的重要因素（圖4）。

植物激素是植物體內(nèi)天然存在的一系列有機化合物，對植物根系發(fā)育起著重要的調(diào)節(jié)作用[14]。主要包括生長素（auxin，IAA）、脫落酸（abscisic acid，ABA）、赤霉素（gibberellin，GA）、細(xì)胞分裂素（cytokinin，CTK）、乙烯（ethylene）等。本實驗通過對姜黃主根和側(cè)根的轉(zhuǎn)錄組學(xué)差異分析發(fā)現(xiàn)，與姜黃根系生長發(fā)育相關(guān)調(diào)控激素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路顯著富集。

1-生長素響應(yīng)基因16（c410320.graph_c0） 2-生長素運輸?shù)鞍譈IG（c409034.graph_c0） 3-生長素響應(yīng)基因2（c397769.graph_c0） 4-吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶GH3.1（c405834.graph_c0） 5-生長素響應(yīng)基因7（c404082.graph_c0）

生長素是側(cè)根形成的主要激素調(diào)控因子[15]，和是生長素吲哚-3-丙酮酸（indole-3-pyruvic acid，IPA）合成途徑的關(guān)鍵酶[16]，通過轉(zhuǎn)氨基將色氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)镮PA，IPA被進而催化為IAA[17]，本研究中生長素合成途徑的3個關(guān)鍵基因、和在姜黃側(cè)根中表達(dá)上調(diào)，在側(cè)根中促進生長素合成和積累。是生長素早期響應(yīng)基因家族，在生長素調(diào)控下基因通過酸生長理論正向調(diào)控植物細(xì)胞膨脹[18]，本研究中姜黃的生長素響應(yīng)基因、和在姜黃側(cè)根中表達(dá)上調(diào)，且上調(diào)倍數(shù)最高。酸生長理論提出生長素可以激活細(xì)胞質(zhì)膜上的H+-ATP酶，降低細(xì)胞原生質(zhì)體的PH，進而激活細(xì)胞壁上相關(guān)蛋白促使細(xì)胞膨脹[19]。研究發(fā)現(xiàn)基因可以在生長素誘導(dǎo)下激活H+-ATP酶，如通過促進磷酸化來激活質(zhì)膜H+-ATP酶的活性，進而加速擬南芥細(xì)胞膨大伸長[20]?？梢源龠M擬南芥?zhèn)雀L，是將生長素信號整合到乙烯信號中調(diào)控擬南芥根生長的，Li等[21]在研究中表明可以促進細(xì)胞擴張，可以和乙烯受體ETR2和EIN4相互作用，作為乙烯受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)下游降低乙烯反應(yīng)，促進植物生長。Markakis等[22]在擬南芥過表達(dá)顯示，擬南芥植株根比敲除擬南芥植株根長20%，用IAA處理擬南芥幼苗后，擬南芥?zhèn)雀牡谋磉_(dá)量高于對照，證明了在側(cè)根發(fā)育中的正向調(diào)控作用。此外有研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥中亦可生長素刺激下通過誘導(dǎo)細(xì)胞壁酸化來促進細(xì)胞伸長[23]，因此推測姜黃側(cè)根膨大過程可能和側(cè)根中生長素響應(yīng)基因、和的表達(dá)上調(diào)有關(guān)。

基因家族是不同轉(zhuǎn)錄因子控制植物發(fā)育和生長的共同靶點，其啟動子中有多種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，如AP2/ERF類轉(zhuǎn)錄因子。AP2/ERF類轉(zhuǎn)錄因子是植物最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子可響應(yīng)生長素的調(diào)節(jié)從而影響植物發(fā)育過程，如在楊樹、菊花、擬南芥等植物中可以促進側(cè)根生長[24]，在姜黃主根與側(cè)根間的DEGs中，篩選出含91個差異基因的AP2/ERF類轉(zhuǎn)錄因子，此外，在生長素誘導(dǎo)的液體培養(yǎng)基培養(yǎng)后，表達(dá)顯著增加[23-24]，故姜黃側(cè)根發(fā)育可能和AP2/ERF類轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因家族，特別是SAUR50有關(guān)。

本研究通過高通量轉(zhuǎn)錄組測序，初步揭示了促進姜黃側(cè)根生長膨大的基因調(diào)控機制，對其中一些關(guān)鍵基因進行深入研究，可為姜黃側(cè)根發(fā)育的生物學(xué)機制提供科學(xué)依據(jù)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Screening and analysis of genes related to lateral root development inbased on transcriptome sequencing

LI Yong-ning, YIN Yan-peng, ZHOU Luo-jing, LAN Xin, HOU Fei-xia, PENG Cheng, GAO Ji-hai

State Key Laboratory of Southwestern Chinese Medicine Resources, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, China

The main roots ofform Chinese medicine Jianghuang (), and the lateral roots form Yujin (). Transcriptome sequencing was conducted to explore the differences in the formation process of main roots and lateral roots ofand the molecular mechanism of growth and expansion of ateral roots, so as to explore the key genes promoting lateral root growth and expansion.The main roots and lateral roots ofwere used as materials, and transcriptome sequencing was performed by Illumina HiSeq high-throughput sequencing platform. After assembly and annotation, differentially expressed genes were screened.A total of 42.69 Gb Clean Data and 42 748 Unigenes were obtained by transcriptome sequencing, of which 35 456 were annotated. There were 1551 differentially expressed genes (DEGs) in the main roots and lateral roots. The GO enrichment results showed that the DEGs in the main and lateral roots ofwere mainly enriched in metabolic processes, cellular processes, catalytic processes, transport processes, binding and other functions, and the COG enrichment results showed that the DEGs in the main and lateral roots were mainly enriched in carbohydrate metabolism and signal transduction mechanisms. KEGG enrichment analysis showed that DEGs were mainly enriched in starch and sugar metabolism and plant hormone signaling pathways. The differentially expressed genes related to lateral root development were screened from the annotated information. The key differentially expressed genes and pathway analysis indicated that the up-regulation of sucrose synthase gene and auxin response genes (,,) in the lateral roots ofmay be the influencing factors of the lateral root growth expansion of

L.; transcriptome; main root; lateral root; growth; metabolic processes; cellular processes; catalytic processes; transport processes

R286.12

A

0253 - 2670(2023)14 - 4623 - 08

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.14.023

2022-11-06

西南特色中藥資源多維評價多學(xué)科交叉創(chuàng)新團隊（ZYYCXTD-D-202209）；中藥品質(zhì)性形成分子機制研究四川省青年科技創(chuàng)新研究團隊（22CXTD0009）；川產(chǎn)地道藥材大品種精深加工關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)的研究與示范（2020YFN0152）；杏林學(xué)者（QNXZ2018017，QNXZ2019001）

李永寧（1998—），男，研究生，研究方向為中藥資源學(xué)。E-mail: liyongning2021@163.com

高繼海（1983—），男，副教授，研究方向為中藥資源與開發(fā)、種質(zhì)資源研究。E-mail: gaojihai@cdutcm.edu.cn

[責(zé)任編輯 時圣明]