流苏树不同花香成分及转录组分析

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植物的花香给人轻松愉悦之感,得到美的享受,是观赏植物的重要品质指标之一,同时其在吸引昆虫授粉、提升观赏效果及香精香料工业等方面具有重要的作用。为了改良花香、提高观赏植物的经济价值,植物花香成分及其生物合成调控成为研究热点。流苏树(Chionanthus retusus Lindl.et Paxt.)是重要园林观赏树种,其盛花期清丽宜人,香气四溢,具有极大的观赏价值。流苏树花冠白色,常4深裂,基部紫色或绿色,花萼嫩绿色,花冠筒极短,其盛花期时,满树繁花,如雪覆盖。目前有关流苏树花香成分、花形态差异是否影响花香类型和花香调控相关基因的研究尚未见报道。因此,本研究观察不同花香类型的流苏树不同花期花的形态特征,记录其盛花期时花序花量、花序总长、花枝长、花冠裂片长、宽和萼片长、宽,明确流苏树花形态的基本特征;随后,为了探究流苏树花香成分时空动态变化规律以及花香调控的相关基因,采用顶空-固相微萃取(HS-SPME)与气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术,对不同花香类型的流苏树不同花期香气成分及浓香型盛花期香气日变化进行测定分析;利用RNA-seq对无香型和浓香型盛花期流苏树花进行转录组分析,筛选差异表达基因,并对这些差异基因进行功能分析,为进一步有效开发利用流苏树花及花香的遗传改良奠定基础。主要研究结论如下:(1)不同花香类型的流苏树花的形态差异主要表现在花冠裂片的颜色和形状方面,同时不同花香类型的其他花部特征存在差异,其中浓香型的花序花量最多(49朵),花序最长,为112.67 mm,花冠裂片和萼片最大,而花枝(45.00 mm)比无香型(66.67 mm)的短,比中等香型(38.00 mm)的长,整体表现出花量大,花序长,花冠裂片大的特点。(2)不同花香类型的流苏树花香成分动态变化规律在花蕾期、始花期、盛花期和末花期等四个不同花期中共检测出106种花香成分,主要包括酯类、腈类、醛类、酮类、醇类、烷烃类、烯烃类、萜烯类和芳香烃类化合物。其中浓香型在四个花期中检测出的花香成分分别为0、18、45和38种,中等香型分别测出0、7、35和19种,无香型分别测出3、4、13和2种。结果表明浓香型花香成分种类最多,相对含量最高,其次是中等香型和无香型。不同花期的花香成分变化规律为花蕾期香气成分种类极少,相对含量极低;到始花期种类增多,相对含量增高;在盛花期花香成分种类及相对含量皆达到最大值;末花期种类减少,含量降低。(3)浓香型盛花期香气日变化规律在浓香型盛花期日变化中共检测出86种花香成分,不同时段的花香成分差异较大,相同成分仅有17种,其中乙酸甲酯、(E)-4,8-二甲基壬-1,3,7-三烯和顺-β-法呢烯是其盛花期的主要花香成分。浓香型盛花期整体香气含量日变化规律:先上升后下降,在14时达到最大值。(4)无香型和浓香型转录组分析共得到249,219,844条Clean reads,Q30值(错误率0.1%)在94.21%~94.47%之间。差异表达基因包括7866个上调表达基因,8104个下调表达基因。对差异表达基因进行功能注释,其中GO数据库的细胞组分、分子功能和生物学过程三类分别注释了4320、4567和5256个基因。随后KEGG功能注释发现,2120个基因共注释到137条KEGG通路中,与花香调控相关性较大的是脂肪酸生物合成(Fatty acid biosynthesis KO:00061)(1.18%)、萜类主链生物合成(Terpenoid backbone biosynthesis KO:00900)(1.13%)、单萜生物合成(Monoterpenoid biosynthesis KO:00902)(0.24%)等。进一步筛选与花香成分中的萜烯类、酯类、醛类等化合物合成途径相关的差异基因,推测其可能与花香调控相关。利用q RT-PCR技术,对挑选的萜烯类、酯类化合物合成途径相关的16个差异表达基因进行表达量验证,结果表明16个差异表达基因的表达模式与转录组的FPKM值相符。
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