植物科学顶刊，转录组+代谢组学显示玫瑰花色的形成机制，转录组与代谢组学视角解析，探讨玫瑰花色形成的关键过程，转录组与代谢组学视角解析，探究玫瑰花色形成的机制，转录组和代谢组学视角揭示玫瑰花色的形成机理

媒介

2022年9月，山东农业大学于云艳传授课题组，此中吴岐奎、于云艳为通信做者在Frontiers in Plant Science期刊颁发了题为 “Transcriptome and chemical analyses revealed the mechanism of flower color formation in Rosa rugosa ”（IF：6.627）的研究功效，通过转录组学和代谢组学综合阐发，研究了差别具有代表性花色的玫瑰花瓣的花青素类型，花青素含量以及相关基因表达的区别。在本研究中，做者阐发了玫瑰花瓣中的花青素含量和类型，确定花青素生物合成的功用性构造基因，摸索了花瓣中的代谢路子和颜色构成机造，那项研究为将来深切研究花色构成机造奠基了根底。

本篇发现了玫瑰花瓣中的两种次要花青素：矢车菊素Cy3G5G和芍药素Pn3G5G，那两种花青素的总含量决定了花瓣的颜色强度，Cy3G5G和Pn3G5G的比例决定了花瓣颜色的色彩，连结Cy3G5G的高相对含量和高绝对含量可能是构成玫瑰红色花瓣的前提前提，矢车菊素歧路是次要的代谢流。

中文题目：转录组和化学阐发显示了玫瑰花色的构成机造

研究对象：玫瑰

颁发期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子：6.627

颁发时间：2022年9月23日

协做单元：山东农业大学林学院；山东省城乡景不雅示范工程手艺研究中心；北京林业大学园林学院；山东农业大学园艺科学与工程学院

运用组学办法：代谢组学、转录组学

研究布景

玫瑰做为出名的欣赏树种，培育新的花色有利于进步在景不雅方面的应用价值，然而玫瑰花色的感化机理还不明晰。矢车菊素(Cy3G5G)和芍药苷（Pn3G5G）是玫瑰次要的花青素。花青素的积累影响花瓣颜色，一般来说，天竺葵素和矢车菊素为花和果实供给红色素，芍药素对动物组织的紫红色有很大奉献，而飞燕草素、矮牵牛素和锦葵素则负责蓝紫色和紫红色。明白玫瑰中重要的花青素合成路子，找到调控那个生物合成路子的关键基因有利于阐明玫瑰中花青素积累以及花瓣着色机造。

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研究构想

研究办法

1. 研究素材

来自山东农业大学林业试验站的玫瑰种量资本圃的三种具有代表性花色的玫瑰品种的半开期花瓣。

2.手艺道路

2.1. 对花瓣停止取样、搜集、和冷冻贮存

2.2停止高效液相色谱量谱代谢组学阐发以及转录组学阐发

2.3实时荧光定量阐发

研究成果

1.代谢组学停止花青素类型和含量阐发

三种玫瑰花瓣中共检测出37种花青素以及18种其他的类黄酮。品种7-23检测出了37种花青素，品种8-37检测出了33种，品种8-16检测出了32种。花青素的浓度在0-5863.44ug g-1，此中有17种微量花青素的含量低于1ug/g，那17种微量花青素在三个种量中都有。

在每个玫瑰种量中，有三个负责花青素合成的分流，即矢车菊素、天竺葵素和飞燕草素生物合成路子。矢车菊素和芍药素是供试种量花瓣中次要的花青素类型，矢车菊素生物合成分流可能是玫瑰花色构成的关键路子。

图1 | 三种玫瑰种量的花青素类型和含量阐发

2.代谢组学定量阐发：Cy3G5G和Pn3G5G的定量阐发

跟着Cy3G5G和Pn3G5G总含量的增加，差别种量的花瓣颜色逐步变深，红花玫瑰种量花瓣中Cy3G5G和Pn3G5G的比例远高于其他红花种量。花青素(Cy3G5G)和芍药苷（Pn3G5G）是玫瑰次要的花青素。那两种花青素的总含量决定了花瓣的颜色强度，Cy3G5G和Pn3G5G的比例决定了花瓣颜色的色彩，连结Cy3G5G的高相对含量和高绝对含量可能是构成玫瑰红色花瓣的前提前提。

图2 | 差别玫瑰种量的花青素HPLC色谱图

表1 | 玫瑰种量中Cy3G5G和Pn3G5G含量

3.转录组阐发：RNA - seq数据的全局阐发

为了进一步摸索与花瓣颜色构成相关的关键基因，构建了9个c DNA文库，并将原始数据保留在NCBI序列阅读库( SRA )，登录号为SRR20883375 ~ SRR20883383。去除接头和低量量reads后均匀得到49869442 ( 97.29 % )条clean reads，Q20、Q30碱基率百分比别离大于96.78 %和91.35 %。均匀GC含量为45.90 %，总定位率为74.78 % ~ 85.22 %。

4.DEGs的GO和KEGG阐发

为了探究与花青素积累相关的特异基因的动态表达形式，对差别种量的转录组图谱停止了比力。判定到的DEGs被分配到三个次要的GO功用类别)，包罗生物过程( BP )，细胞组分( CC )和分子功用( MF )。关于BP类别，品貌更高的3个子类别别离是"细胞酰胺代谢过程"、"酰胺生物合成过程"和"小分子代谢过程"。共有1706个DEGs被分配到112个KEGG通路，此中品貌更高的3个通路为"核糖体"、"碳代谢"和"辅因子生物合成"。此外，一些DEGs被映射到花青素苷生物合成相关的通路，如'苯丙素生物合成'，'苯丙氨酸代谢'，'类黄酮生物合成'。

图3 | 3个玫瑰种量的DEGs散布和正文阐发

5.花青素苷生物合成相关基因的判定

在3个玫瑰种量中，共阐发了来自编码13个酶的DEGs的36个构造基因。共发现173个差别表达转录因子，别离包罗70个MYBs、29个WD40s和74个bHLHs。MYB、WD40和b HLH是调控花青苷合成的次要转录因子。

6.qRT-PCR验证阐发

为了验证RNA - seq数据的可靠性，对16个DEGs停止了qRT - PCR。14个DEGs的表达形式与RNA - seq( R 0.80)的成果显著相关。成果显示基因表达谱与RNA - seq数据具有较好的一致性，证了然本研究(附图1)产生的数据的可信性。

7.与颜色构成相关的关键构造基因阐发

矢车菊素生物合成下流路子中的Rr AOMT是调控开花过程中花瓣颜色的一个极其重要的关键基因。Rr AOMT通过调控花瓣中Cy3G5G与Pn3G5G的比例，决定了玫瑰花瓣的颜色色彩，即红色和粉红/紫色。

图4 | 花青素代谢合成路子和相关DEGs的时间变大形式概述

8.阐发与 "颜色构成 "相关的关键TFs

相关性阐发表白所有的13个TFs与RrAOMT之间都存在显著的相关性(图5D)，表白那13个TFs与RrAOMT之间存在相关性， TFs ( TFs组A)通过掌握Rr AOMT的表达进而调控Cy3G5G与Pn3G5G的比值来决定玫瑰花瓣颜色的构成。成果表白，21个转录因子与多个构造基因显著相关，此中12个转录因子与19个以上基因相关。12个转录因子( B组TFs)可能在调控矢车菊素生物合成上游路子中总花青素含量方面发扬重要感化。

三个TFs可能是决定玫瑰花瓣颜色的关键因子，具有多种功用，既能够通过调控上游路子中的构造基因促进总花色苷的生物合成，也能够通过掌握花色苷生物合成下流路子中Rr AOMT的表达来调理Cy3G5G与Pn3G5G的比例。

图5 | 差别表达基因和代谢物之间的相关性阐发

图6 | 差别表达基因和构造基因之间的相关性阐发

9.六个差别花瓣颜色的Rugosa种量中四个关键基因的表达形式

Rr MYB108和Rr C1在粉花和紫花种量中的表达趋向与Rr AOMT和Rr MYB114相反，而在红花种量中与Rr AOMT一致，与Rr MYB114相反。

研究结论

在那项研究中，转录组学和代谢组学被用来阐明野生玫瑰的花呈色机造。Cy3G5G和Pn3G5G在花瓣中花青素苷的比例很高，而Dp3G5G的比例很低，但在差别种量中存在差别。Cy3G5G和Pn3G5G含量的总和和比例别离决定花瓣的颜色强度和色彩。参与矢车菊素生物合成上游路子的35个关键构造基因共表达，以调理总含量。下流路子的Cy3G5G和Pn3G5G以及Rr AOMT通过甲基化调控Cy3G5G和Pn3G5G的比例。3个候选转录因子，如RrMYB108、RrC1和RrMYB114，可能调理RrAOMT和其他多个构造基因的表达以掌握野生玫瑰花瓣颜色。

小鹿保举

本研究运用转录组学+代谢组学的办法，初次全面解析了玫瑰尤其是红花种量的花色构成机造，并供给了一系列候选基因在欣赏动物育种中的应用。

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（代谢组学、转录组学）

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