轉(zhuǎn)錄組學在植物響應授粉機制中的研究進展

李雅絢

摘? ?要：圍繞轉(zhuǎn)錄組的4類高通量測序技術(shù)，對轉(zhuǎn)錄組在植物與授粉有關(guān)的花部特殊結(jié)構(gòu)、花粉萌發(fā)與花粉管伸長、植物自交不親和與生殖隔離，以及在授粉后植物花部結(jié)構(gòu)的變化中的研究進行了綜述，旨在促進植物育種，提高植物種子和果實產(chǎn)量的應用研究。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)錄組;植物響應;授粉機制;研究

授粉是指花粉借助一定載體到達柱頭，繼而萌發(fā)花粉管的過程。目前，轉(zhuǎn)錄組學在植物生物與非生物逆境脅迫、生長發(fā)育調(diào)控及種質(zhì)資源等方面的研究應用廣泛。花的進化經(jīng)常與植物授粉的現(xiàn)狀相聯(lián)系，因此，研究植物與授粉有關(guān)的花部特殊結(jié)構(gòu)是植物響應授粉分子機制的一部分。

1? ?植物響應授粉轉(zhuǎn)錄組鑒定的高通量測序技術(shù)

轉(zhuǎn)錄組學的研究技術(shù)主要可分為4類：SAGE基因表達系列分析技術(shù)和MPSS技術(shù)、cDNA-AFLP擴增片段長度多態(tài)性技術(shù)、cDNA芯片技術(shù)及RNA測序技術(shù)。

2? ?轉(zhuǎn)錄組在植物響應授粉中的研究進展

2.1? ?轉(zhuǎn)錄組在植物適應傳粉花部結(jié)構(gòu)中的研究進展

植物花的特征能吸引傳粉者授粉，以提高自身授粉率。Timothy Butler等用RNA-seq技術(shù)比較裸莖條果芥中紫色與白色花芽表達的差異，發(fā)現(xiàn)在白花瓣中兩個響應干燥的基因比紫花瓣有更高的表達。白色花瓣中特異表達的基因，表明白色花瓣可能與微環(huán)境有顯著的相關(guān)性[1]。

Brian W Kram等利用基因芯片技術(shù)系統(tǒng)，研究擬南芥在開花前后的花蜜分泌組織、蜜腺分泌組織和非蜜腺分泌組織的轉(zhuǎn)錄組，以鑒定涉及花蜜分泌的潛在基因和路徑，其中270個差異表達基因被鑒定與花蜜分泌相關(guān)聯(lián)。花蜜分泌的過程涉及基因調(diào)節(jié)、碳代謝及脂質(zhì)的代謝路徑。

2.2  ?轉(zhuǎn)錄組在植物的自交不親和與生殖隔離中的研究進展

Wei Zhang等將燈盞細辛在未授粉、自交和異交授粉后的頭狀花序進行轉(zhuǎn)錄組的比較分析，鑒定出大約有230個基因可能與自交不親和相聯(lián)系。SRLK（SRK-like）與它的下游信號因子MLPK及大量在細胞間進行交流、信號轉(zhuǎn)導并在授粉過程中有重要作用的基因LPK、ARC1、CaM、Exo70A1、MAP、SF21、Nod等，被推斷是編碼燈盞細辛中的自交不親和回應的重要調(diào)控者[2]。

JB Pease等將兩種番茄屬植物中雄蕊和雌蕊組織的多個發(fā)展階段進行轉(zhuǎn)錄組測序，研究單向生殖隔離中基因表達的改變，鑒定出5個配子合成前種間生殖隔離的候選基因，包括之前研究所證實與自交不親和有關(guān)的2個基因及3個新發(fā)現(xiàn)的候選基因。

Leydon AR等在擬南芥生殖中使用單核苷酸多態(tài)性轉(zhuǎn)錄組測序，清晰地定義了雌雄配子體基因的表達模式，研究定義了一組由MYB轉(zhuǎn)錄因子控制的花粉管分泌蛋白，由于它被花粉管將精子釋放到雌配子體中所需要，因此它對種間雜交是一個重要的障礙。而且，這些基因序列編碼的水平及在擬南芥中的表達具有高度可塑性[3]。

2.3? ?轉(zhuǎn)錄組在授粉后花器官變化中的研究進展

果實的生長，是由授粉后子房中胚珠的成功授精所誘導的。S Guo等用Roche/454 GS-FLX進行4個西瓜發(fā)展階段的轉(zhuǎn)錄組測序，鑒定出3 023個在西瓜果實發(fā)展和成熟階段的差異表達基因，為西瓜水果生物學提供了進行功能分析的候選基因，并研究出了色素和甜度等西瓜重要質(zhì)量指標的代謝譜。

倪偉用蘋果屬品種1379、嘎啦的花粉對富士授粉，將花后15 d、30 d、45 d、60 d的果實進行轉(zhuǎn)錄組測序。結(jié)果表明，在授粉后，果實的發(fā)育抗壞血酸合成相關(guān)基因GME、GGP、APX下調(diào)表達，AO基因上調(diào)表達，類黃酮合成相關(guān)基因CHI、DFR、LAR、ANR下調(diào)表達。

唐其對羅漢果果實的轉(zhuǎn)錄組進行了研究，發(fā)現(xiàn)有20種基因涉及羅漢果甜苷V的生物合成。通過對80條細胞色素P450基因和90條葡糖基轉(zhuǎn)移酶基因表達量的變化規(guī)律推測，P450基因中4條候選基因和UDPG基因中6條候選基因可能參與羅漢果甜苷V的生物合成[4]。

Jian Chen等使用轉(zhuǎn)錄組測序，以從受精到胚胎成熟的全部種子組織的53個樣本為基礎(chǔ)，做出了一個B73玉米種子發(fā)育時間與空間的轉(zhuǎn)錄組地圖集，鑒定出了91個轉(zhuǎn)錄因子及1 167個基因與種子發(fā)育的關(guān)鍵機制有關(guān)。另外，基因表達與DNA甲基化模式的相關(guān)性，揭示了基因主體范圍的低甲基化是種子特殊基因。

今后，應當加強篩選能應用于育種實踐的基因，進行表達分析和功能研究，篩選出在實際生產(chǎn)中帶來經(jīng)濟效益的分子標記，實現(xiàn)植物經(jīng)濟產(chǎn)物及育種效率的整體提升。

參考文獻：

[ 1 ] 蔣晶晶.白菜花粉發(fā)育和授粉受精相關(guān)基因的表達分析與功能驗證[D].杭州：浙江大學，2012.

[ 2 ] 劉紅亮，鄭麗明，劉青青，等.非模式生物轉(zhuǎn)錄組研究[J].遺傳，2013，35（08）：955-970.

[ 3 ] 蒲敏，廉小平，羅紹蘭，等.結(jié)球甘藍自花和異花授粉誘導的柱頭轉(zhuǎn)錄組分析[J].園藝學報，2018，45（01）：71-84.

[ 4 ] 張代玉，無芒隱子草閉花授粉的形態(tài)特征及其轉(zhuǎn)錄組表達研究[D].蘭州：蘭州大學，2017.