跳到主要内容gydF4y2Ba

赤霉素和碳饥饿在无籽植物中引发了花脱落的共享和分化途径gydF4y2Ba葡萄gydF4y2BalgydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

脱落是植物控制营养器官和生殖器官负荷的高度协调的发育过程。为了获得花脱落调控的新见解,本文分析了“汤普森无籽”葡萄(gydF4y2Ba葡萄gydF4y2BaL.)花序,使用赤霉素(GAc)喷雾和遮阳作为脱落刺激,在开花时施用。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

在GAc和遮荫处理下,自然落花率分别从未处理的63.1%提高到83%和99%。两种处理对花序代谢均有广泛影响。遮荫的具体影响包括光合作用抑制、相关的营养胁迫、碳氮失衡和细胞分裂抑制,而GAc喷施在诱导核苷酸生物合成和碳代谢的同时诱导能量代谢,从而揭示了调控脱落的其他机制。在次生代谢方面,黄酮类代谢是GAc处理后样品中最具代表性的代谢途径,而苯丙素和苯乙烯类相关代谢途径在花序中主要受到遮荫处理的影响。然而,GAc和遮荫处理的花序也揭示了共同的途径,这些途径涉及腐胺分解代谢的调节、赤霉素生物合成的抑制、生长素生物合成的诱导以及乙烯信号通路和抗氧化机制的激活,尽管这些途径的特定转录物和代谢物经常发生定量变化。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

在全球范围内,研究结果表明,化学和环境因素对花序代谢产生了不同的影响,通过不同的机制触发了花的脱落,并确定了新的脱落调节因子的参与。葡萄被认为是研究花脱落能力获得分子途径的有效模型,对独立刺激有明显的反应。gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

脱落是一种发育机制,通过这种机制,植物能够脱落受损和过度形成的器官,调节成功形成营养和生殖结构所需的代谢能量[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba].脱落包括一个复杂但精确的细胞分离调控,发生在被称为脱落区(脱落区)的特化细胞的特定层中,同时被内源性和外源性信号激活并响应,如非生物和生物相互作用或暴露于化学分子[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba].一旦AZ被正确分化,AZ细胞获得通过激素介导途径对触发脱落信号作出反应的能力。激活期结束后,通过调节细胞壁重塑和蛋白质代谢等相关基因的表达,以及大量转录因子,器官脱离后近端保护层的细胞分离和分化成为脱落过程的最后一步[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba].根据目前公认的模型,在一个注定要脱落的器官中,抑制生长素的内源性流动水平必须下降才能获得对乙烯的敏感性[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba].脱落酸(ABA)作为1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)水平的调节剂参与乙烯的生物合成[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba].乙烯生物合成的增加与脱落激活的最终事件有关,即通过促进CW拆卸相关基因的转录[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba].活性氧(ROS)水平的增加在器官脱落控制中起关键作用,包括乙烯下游的多个信号传导步骤,并与ROS-糖-激素串扰有关[j]。gydF4y2Ba11gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

在生殖器官中,脱落也与发育中的花和果实中碳水化合物和多胺(PA)的利用率较低有关[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba].葡萄糖除了作为能量来源外,还作为程序性细胞死亡(PCD)的抑制信号[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba].最近提出了AZ中的葡萄糖梯度,类似于调节乙烯信号的生长素通量[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba].此外,研究表明,脱落肽信号缺失和相互作用的受体样激酶HAESA和HAESA-like2可以激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联反应,导致花器官脱落gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Bal . (gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba21gydF4y2Ba],在一个信号系统中,该系统被认为是保守的,并调节其他植物物种的细胞分离[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

刺激花和果实脱落的策略是广泛的园艺实践,统称为间伐。在无籽食用葡萄(gydF4y2Ba葡萄gydF4y2BaL.)生产,必须减少每串浆果的数量,以保证串的质量和减少真菌病的发病率[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba].在开花期间喷洒赤霉素(GAc),通常随后进行手动调节,是葡萄藤最常用的减薄方法[qh]gydF4y2Ba23gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba27gydF4y2Ba],尽管GAc诱导脱落的机制在很大程度上仍然未知。赤霉素(Gibberellin, GA)在模式植物中的感知和信号传导研究[j]gydF4y2Ba28gydF4y2Ba披露的早期识别gydF4y2Ba通过gydF4y2BaGA不敏感的DWARF1 (GID1)受体以及GA- gid复合物和DELLA转录因子之间的相互作用负责GA信号抑制。GA-GID1与DELLA的结合诱导了特定的F-box蛋白(GID2)对DELLA泛素化的识别,导致DELLA的快速降解gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba泛素-蛋白酶体途径。最近,研究了ga诱导的葡萄开花前花序和果实膨大期转录组的变化[j]。gydF4y2Ba29gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba],结果表明,GAc在葡萄花和浆果上施用对其激素生物合成和信号传导介导的代谢具有相当全面的影响,特别是通过对GAs生物合成和信号传导的负反馈调节[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

开花期间的遮荫条件(70- 90%的光拦截)也可以促进花的脱落[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba],为探索光管理作为一种替代的细化方法铺平了道路。遮荫下净光合速率的显著降低促进了营养器官和生殖器官之间对光同化物质的竞争,导致后者在发育的早期阶段以较少的汇强度脱落[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba].遮荫诱导的苹果(gydF4y2Ba马吕斯gydF4y2Ba×gydF4y2Ba有明显gydF4y2Ba)揭示了光合作用抑制和相关的营养胁迫在果实水平上被感知,其生长受到糖运输阻塞的抑制,导致生长素向AZ的运输减少,同时对乙烯的敏感性增加,导致果实脱落[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

因此,脱落是一个具有挑战性的生物学问题,至少可以由两种具有不同生理基础的不同刺激诱导。最近,利用盆栽种子藤在温室水培生产系统下管理的实验分析,并使用GAc喷洒或稀释gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba我们建立了一种有效的方法来产生具有可预测的由不同(化学和环境)线索触发的脱落电位的样品集,这使我们能够揭示根据施加的处理不同的代谢途径参与花的脱落调节[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].我们现在报告了相同的分离诱导剂使用不同的遗传背景在田间条件下的效果。其理由是,通过使用无籽品种,剥夺了生物活性气体的主要内源性来源[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba],并在适应现场多重应力的同时进行开发,可以感知触发分离的主要信号,为该主题提供新的见解。因此,我们进行了全面的尖端代谢组学、RNA-Seq转录组学和生理测量,以讨论环境(c短缺)和GAc应用如何触发花脱落,以确定连接器官能力的途径,使其成为细胞分离的能力,以及导致器官脱落的不同途径之间的特异性和通信。此外,本研究提供了首个gac诱导的花脱落序列转录组图谱。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

实验条件和样品采集gydF4y2Ba

该试验在葡萄牙南部(38°05′23.80”N;8°04' 52.7 1 ' ' W),使用7年的' Thompson Seedless ' (gydF4y2Ba葡萄gydF4y2BaL.)葡萄藤嫁接在' 140 Ruggeri '砧木上,间距为3x3 m,在覆盖塑料的高架系统下生长,并按照标准施肥、灌溉和虫害管理措施进行管理。之前在联合研究伙伴关系框架下同意进入葡萄园取样。gydF4y2Ba

强制的处理是:变薄gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba减少截获光和GAc化学稀释,每次处理5株。另外一组5株葡萄藤未经处理作为对照。遮荫的上限落差为50% (BBCH分级表第65阶段)[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]),在葡萄藤上覆盖聚丙烯遮阳网(Hubel,葡萄牙),拦截100%的入射光合光子通量密度(PPFD),持续14天。化学处理包括以10 ppm, 12.5 ppm和12.5 ppm的浓度喷洒GAc溶液(Berelex加9%的GAc, Kenogard),依次以20%,50%和100%的浓度喷洒(分别为BBCH规模的第62,65和69阶段)。gydF4y2Ba

实验期间的气候条件在遮荫和对照藤的树冠上进行监测(WatchDog MicroStation, Spectrum Tech, USA)(附加文件)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。在三个时间点:100%帽落后的5,7和10天(称为5d, 7d和10d),以时间过程法收集葡萄花序样本(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。在每个点,每个处理在相应的五藤地块收集3个独立的生物重复。每个生物复制基本上由花和花梗组成,花梗来自于从轴上剥离的花序,立即在液氮中冷冻,随后细粉并在- 80°C保存直至使用。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

汤普森无籽花序从50%帽落到100%帽落后的10天。在100%落帽后5、7和10天(5、7和10d)采集样品。比例尺对应0.6 cmgydF4y2Ba

RNA深度测序和生物信息学分析gydF4y2Ba

按照制造商的说明,使用RNeasy植物RNA提取试剂盒和RNase-Free DNase Set (Qiagen, Hilden, Germany),从每个5和7d的冷冻花序中提取和纯化总RNA,但将提取液替换为100 mM Tris-HCl, 2% (w/v) CTAB, 25 mM EDTA和2m NaCl缓冲液[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba].当在标准PCR扩增后检测到污染物基因组DNA的痕迹时gydF4y2Ba肌动蛋白gydF4y2Ba1 (ACT1)基因(XM_002282480.3),样品进一步用RNase-free DNase I (Ambion, Life technologies, CA, USA)酶切。通过1.5%琼脂糖凝胶电泳目视检查核糖体带和2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, CA, USA)读数来评估RNA的完整性和纯度。Poly(A) mRNA的分离、cDNA合成、文库生成、索引、聚类生成和RNA- seq分析由Illumina HiSeq 2000进行,100 bp对端reads的RNA测序由LGC Genomics (Berlin, Germany)使用商业服务进行。gydF4y2Ba

原始Illumina 100 bp对端序列保存在NCBI序列读取档案(SRA)中。使用Trimmomatic版本0.32对读数进行了质量修剪[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba],并通过对rRNA数据库的同源性搜索来调查rRNA污染的存在[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba].对准gydF4y2Ba葡萄gydF4y2Ba参考基因组[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]然后使用Tophat2版本2.0.12 [gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]设置参数-D 15 -R 2 -L 22 -i S,1,1.15和端到端模式。通过Cufflinks version 2.2.1计算外显子每百万片段映射的片段数(Fragments Per千碱基of Exon Per Million Fragments Mapped, FPKM)来定量和归一化基因表达值[gydF4y2Ba41gydF4y2Ba].差分表达式计算由DESeq2 1.4.5版本处理[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]考虑到大小因素的估计,使用原始阅读计数,错误发现率(FDR)为0.05,-1.5≥log2倍变化≥1.5。gydF4y2Ba

真核同源基(KOG) [gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]、基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG) [gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]功能注释基于对公共数据库的序列同源性。Rapsearch2 [gydF4y2Ba45gydF4y2Ba], e值截止值为10gydF4y2Ba−5gydF4y2Ba是用来搜索的gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2BaKOG数据库和非冗余(nr)肽数据库(gydF4y2Baftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/gydF4y2Ba下载于2013年11月26日,包括所有“nr”GenBank CDS翻译+ PDB + SwissProt + PIR + PRF)。为了GO和KEGG注释,输出被提交到内部开发的脚本- Rapsearch2XML (gydF4y2Bahttps://github.com/Nymeria8/Rapsearch2XmlgydF4y2Ba),然后转到Blast2GO [gydF4y2Ba46gydF4y2Ba].使用R生物导体包topGO version 2.18.0鉴定氧化石墨烯富集类别[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba],使用费雪精确检验和gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.01。gydF4y2Ba

通过基因表达量化和重复间相关性分析验证数据gydF4y2Ba

按照2.1提取相同的RNA样品等分(150 ng),根据制造商的说明,使用M-MLV逆转录酶(Invitrogen)合成第一链cDNA。参与生长素和乙烯信号通路的8个RNA-seq分析差异显著的基因表达[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]和丝裂原激活的蛋白激酶级联[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba],推测与花脱落调控有关,通过q-rtPCR进行鉴定。它们的具体引物序列和性质在附加文件中给出gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。qRT-PCR扩增在qTOWER 2.0 (Analytikjena, Germany)热循环仪上进行,反应为15 μL,反应中含有1× SsoAdvanced™SYBR®Green Supermix (Bio-Rad),每个引物0.3 μM, 90 ng cDNA。gydF4y2Ba

扩增循环曲线为:95℃,30 s;然后在95°C下循环5秒,60°C下循环30秒。生成熔化曲线,以确认单一产物扩增和引物二聚化的存在。计算每个引物对的PCR扩增效率gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba用公式E(%) =(10)计算校准稀释曲线和斜率gydF4y2Ba(−1 /坡)gydF4y2Ba) × 100 [gydF4y2Ba49gydF4y2Ba].根据量化阈值周期(Ct)值相对于3个内参基因Ct的几何平均值对数据进行归一化[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba],多泛素(XM_002282083.2),肌动蛋白(XM_002282480.3)和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(XM_002263109.2)。每个分析在重复的技术反应中进行,在每个处理和条件下的三个生物重复中进行。为了获得RNA-seq和qRT-PCR数据之间的相关性,进行线性回归和决定系数(RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)测定了两种方法获得的对数之间的差异gydF4y2Ba2gydF4y2Ba8个相同基因的折叠变化。gydF4y2Ba

为了进一步研究我们的RNA-seq数据集的稳健性,使用r3.1.2软件,以差异表达基因(DEG)的自然对数(ln)转换读取计数为输入,通过Pearson相关系数(PCC)分析确定了三个生物重复之间表达谱的相似性。gydF4y2Ba

全球和靶向代谢组学分析gydF4y2Ba

在每个处理的第5d和第7d从三个生物重复中各收集约200 mg的粉末状物质进行冻干,用甲醇提取,并使用Metabolon®(Durham, USA)开发的集成平台进行分析,该平台由三种独立方法的组合组成:超高效液相色谱/串联质谱法(uhplc /MS/MS2)对碱性物种优化,超高效液相色谱/串联质谱法(uhplc /MS/MS2)对酸性物种优化,气相色谱/质谱法(GC/MS)优化。方法按先前描述的[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba53gydF4y2Ba].UHPLC/MS/MS2分析使用Waters Acquity UHPLC(马萨诸塞州,美国)分离,使用LTQ线性离子阱质谱仪(Thermo Fisher Scientific Inc.,马萨诸塞州,美国)分析。采用2.1 mm × 100 mm Waters BEH C18 1.7 μm专用酸/碱分离柱,加热至40°C,在独立注射中监测每种提取物的正离子或负离子。质谱界面毛细管保持在350℃。正离子喷射电压为4.5 kV,负离子喷射电压为3.75 kV。仪器扫描99- 1000m /z,并在MS和MS/MS之间交替使用动态排除,每秒约6次扫描。MS/MS归一化碰撞能量为40,激活Q为0.25,激活时间为30 MS,隔离窗口为3 m/z。采用动态排除法采集MS/MS扫描,排除时间为3.5 s。衍生的GC/MS样品在5%苯基二甲基硅胶柱上分离,载气为氦气,温度从40°C到300°C,然后在thermal - finnigan Trace DSQ MS (Thermo Fisher Scientific Inc., Massachusetts, USA)上进行分析,以单位质量分辨率,电子冲击电离和50-750原子质量单位扫描范围。gydF4y2Ba

通过将实验样品中的离子特征与化学标准条目参考库(包括保留时间、分子量(m/z)、首选加合物、源内片段以及相关的MS/MS2光谱)进行自动比较,鉴定代谢物(附加文件)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba),并使用Metabolon Inc .开发的软件进行目视检查以进行质量控制[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba].每种生化化合物的原始面积计数通过将每个样本的值除以特定生化物质的中位数来重新缩放。然后使用Array Studio软件(Omicsoft)和Microsoft Excel®电子表格,使用Welch的双样本t检验来确定每种代谢物的丰度是否显着增加或减少。根据京都基因与基因组百科全书(KEGG) (gydF4y2Bawww.genome.jp kegg /gydF4y2Ba)和植物代谢网络(PMN) (gydF4y2Bawww.plantcyc.org/gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

激素(吲哚-3-乙酸(IAA),脱落酸(ABA), GAgydF4y2Ba1gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba4gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba8gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba9gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba12gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba34gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba53gydF4y2Ba)提取并定量[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]在第5d、7d和10d的花序样品中。从每份样品约300 mg的冻干样品开始,15 μL样品进样于Acquity UPLC BEH C18柱(膜厚1.7 μm, 2.1 mm × 100 mm;Waters)安装在Acquity UPLC Waters上,配备Xevo TQ质谱计(Waters Corporation, Milford, USA)。流速设为0.45 mLmingydF4y2Ba−1gydF4y2Ba柱温为40℃。洗脱液A是在2mm醋酸铵溶液中加入0.1%甲酸,洗脱液B是在2mm醋酸铵溶液中加入0.1%甲酸的甲醇。使用以下梯度对溶剂B进行色谱分离:2%持续0.5 min,在7.25 min内升至95%,然后在95%保持1 min,在0.01 min内恢复到2%。在每次进样前,以2% / 3 min的浓度保持B进行柱修复。转换在附加文件中报告gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。从同一时间点采集的花序样品中提取糖(葡萄糖、蔗糖、果糖和水苏糖)和游离PA(腐胺、精胺、亚精胺和尸胺)的含量,并采用高效液相色谱(HPLC)进行定量。gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].为了解处理间差异的显著性,采用单因素方差分析和Tukey HSD检验gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.05,采用statisticx9软件进行统计学分析。gydF4y2Ba

转录组和代谢组谱的探索性分析gydF4y2Ba

转录物和代谢物定量数据采用自然对数(ln)变换,调整为正态分布,并利用变换前后的R软件进行直方图绘制验证。采用NTsys-PC 2.20e软件基于成对相关矩阵进行主坐标分析(PCoA) [gydF4y2Ba55gydF4y2Ba].利用DCENTER模块将对称矩阵变换为标量积,利用EIGEN进行特征值分解,确定原矩阵模块的正交分量。计算了最小生成树,使操作单元之间的距离可视化。采用R软件进行正交信号校正偏最小二乘判别分析(O-PLS-DA)和分层聚类构建热图。近似无偏和自举概率gydF4y2BapgydF4y2Ba-数值使用pvclust 1.3.2版本计算[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]用UPGMA方法和1000次bootstrap复制。gydF4y2Ba

藤生理学和最终束形态评估gydF4y2Ba

在完全开花时,每次处理放置10束左右的无纺布袋监测花落,并保持到10d(100%帽落后的天数)。采用非破坏性方法,在开花时和开花后的15分钟内,每次处理6个芽,测定芽长和主次叶面积[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba].估算叶片叶绿素含量(SPAD-502 m, Minolta,日本)在遮荫期(2和9d)测量了两次。在上午(上午9:00 - 11:00)使用便携式CO测量叶片气体交换gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/小时gydF4y2Ba2gydF4y2BaO型气孔测量仪(CIRAS-1, PPSystems, USA),在芽中部的8个成熟叶片上,遮荫期(8和10天)两次,遮荫网拆除后(30和43天)两次。在收获时(96d),收集用于花落监测的同一束,记录最终的浆果数量,以计算花落百分比。束重,轴长和束紧度(浆果数厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba轴的长度也确定了。为了获得治疗间差异的显著性,如前所述,进行单因素方差分析和Tukey HSD检验进行靶向代谢物分析。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

GAc和遮荫对叶片气体交换、营养和生殖器官发育的影响gydF4y2Ba

开花期间,处理间的昼夜平均温度和相对湿度无显著差异,分别为26/15℃和57/ 71%(附加文件)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。相反,在遮荫葡萄藤中观察到100%的PPFD拦截。叶片净光合速率(PgydF4y2BangydF4y2Ba)、气孔导度(gydF4y2BaggydF4y2Ba年代gydF4y2Ba),只有在遮荫条件下,营养生长和叶绿素含量才会降低(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。与遮荫处理的葡萄藤相比,GAc处理的葡萄藤的茎部生长增加。gydF4y2Ba

表1遮荫期GAc和遮荫处理对生理指标的影响gydF4y2Ba

遮荫处理和GAc处理每花序分别减少887±74和955±9朵花,分别减少83%和99%。这些数值显著高于对照(自然落花),损失569±81朵,相当于63.1%。因此,GAc和遮荫处理都显著诱导了花的脱落,尽管光拦截导致的程度更高,验证了我们的实验设置。去除遮荫后,叶片气体交换率恢复到与对照无显著差异的值。gydF4y2Ba

在收获时,两种处理中增加的花脱落转化为减少的浆果数量和束紧度(表1)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。遮荫处理植株的轴长、束重和产量也降低。gydF4y2Ba

表2处理对遮荫期后气体交换速率和收获时束品质的影响gydF4y2Ba

转录组分析gydF4y2Ba

从葡萄花序中提取poly(A) RNA,制备了18个RNA-seq 100 bp末端读文库,每个文库平均收集到2700万个末端读文库(表2)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)。根据Illumina适配器或低质量碱基的存在,大约8%的读数被修剪。去除rRNA污染后,获得干净reads,每个样本映射的统计数据显示在附加文件中gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。与基因组序列对应的Reads约占76.8±1.8%(表1)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

表3 RNA-Seq数据概述gydF4y2Ba

共鉴定出5581个基因在对照和处理样本中至少一个文库之间存在差异表达(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。缩写GAc5d, GAc7d, SH5d和SH7d表示在100%帽落后5天和7天收集的样品中,处理花序和对照花序的基因相对表达量之间的log2倍变化。如图所示。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba遮荫处理的DEG基因数量最多,分别有1781个和5060个基因在第5天和第7天显著差异表达。另一方面,GAc处理在5d和7d样品中分别导致192个和173个基因的差异表达。根据分层聚类分析,在每个细化处理的两个时间点收集的样本的表达值均值被显著聚在一起(图2)。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。对于PCoA,遮荫处理的生物重复在两个时间点上都被PC1与GAc和对照区分开来,而PC2则将7d GAc处理的生物重复与对照区分开来(图2)。gydF4y2Ba3 bgydF4y2Ba)。这些结果表明,虽然遮荫处理在第5天和第7天显著影响了总体转录组动力学,但在GAc中,只有在第二次采样时,处理效果高于重复间的生物学变化。通过KOG分类绘制的差异表达基因的OPLS-DA分析显示基因功能分类重叠(附加文件)gydF4y2Ba7gydF4y2BaA)。qRT-PCR和RNA-Seq转录组数据集的log2倍变化之间存在显著正相关,证实了RNA-Seq数据的可重复性(附加文件)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。与此一致,生成的RNA-Seq数据集的稳健性进一步揭示了每个处理中三个生物重复之间转录组谱的高度相关性(附加文件)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba

DEG数量示意图(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)和不同变化的代谢物(gydF4y2BabgydF4y2Ba)在处理过的花序中。值表示通过截断值−1.5≥log2倍变化≥1.5和gydF4y2BapgydF4y2Ba转录本-值≤0.05gydF4y2BapgydF4y2Ba与对照相比,GAc和遮荫处理对代谢物影响的-值≤0.05。所有DEG的列表,各自的注释,折叠更改和KOG功能分类在附加文件中给出gydF4y2Ba6gydF4y2Ba

图3gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

转录组学和代谢组学的层次聚类和主坐标分析(PCoA)。表达式值的分层聚类(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)及代谢物含量(gydF4y2BacgydF4y2Ba)在不同的采样阶段。每一列表示每个采样阶段(帽落后5天和7天)每个处理的平均值(gydF4y2BadgydF4y2Ba))。数据进行了ln变换,黄色调表示较高的值,蓝色调表示较低的值。通过使用1000个排列的自举分析估计树形图节点的强度,内部节点左侧表示的值是近似无偏的gydF4y2BapgydF4y2Ba-value (AU),右侧的粗体和斜体值表示自举概率值。表达式值的主坐标分析(gydF4y2BabgydF4y2Ba)及代谢物含量(gydF4y2BadgydF4y2Ba对照(三角形),GAc(圆形)和遮荫(正方形)处理的花序,分别在第5d(开放)和第7d(关闭)进行生物复制。每个坐标(%)解释的方差在括号中给出gydF4y2Ba

代谢组分析gydF4y2Ba

在全球代谢组学分析方面,在进行的全球代谢分析中检索到的215种代谢物中,共有105种代谢物在至少一种条件下改变了其相对含量(gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.05)(附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。对于无花果。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba,缩写GAc5d、GAc7d、SH5d和SH7d表示100%落帽后5天和7天收集的处理花序和对照花序中代谢物相对含量的log2倍变化。在GAc处理的样品中,30种代谢物和3种代谢物在第5天和第7天分别发生了变化,而在遮荫葡萄藤中,50种代谢物和62种代谢物在同一时间点发生了变化(图2)。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba)。根据分层聚类,将每个处理的两个时间点聚在一起,并基于自举分析对不同处理进行强置信度分离(图2)。gydF4y2Ba3 cgydF4y2Ba)。数字gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba显示所有样本的生物复制之间的关联。在两个时间点上,PC1将阴影与GAc处理区分开,而PC2将对照重复与处理过的重复区分开。根据OPLS-DA,通过超通路聚集的代谢物显示出特定的分布模式(附加文件)gydF4y2Ba7gydF4y2BaB).在我们的数据集中,氨基酸代谢产生的代谢物的改变被确定为差异的主要来源。结果还表明,组分1对代谢物的变化与肽代谢和次级代谢物的变化有明显的区别,在较小程度上与碳水化合物、脂质和核苷酸的变化有区别gydF4y2Ba7gydF4y2BaB)。gydF4y2Ba

功能注释和富集分析gydF4y2Ba

在5581个DEG中,2079个自动归为KOG功能类,748个根据与自动标注的相似度手工归为相同的类别,393个归为其他功能,2361个归为一般或未知功能(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。在研究的两个时间点,遮荫处理样品中最具代表性的功能类别是:信号转导机制、次生代谢物生物合成、运输和分解代谢、碳水化合物运输和代谢、转录和翻译后修饰、蛋白质转换和伴侣gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。在代谢物水平上,两个时间点最具代表性的途径包括氨基酸和肽、碳水化合物、脂质和辅助因子代谢,而次级代谢和核苷酸代谢分别在5d和7d最具代表性。gydF4y2Ba

为了应对在转录组水平上观察到的探索性分析结果(图2)。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),只讨论第7d采集的经gac处理的样品。在该样本集中,能量产生与转化、翻译与核糖体结构、碳水化合物运输与代谢、转录与信号转导机制等功能类别是最具代表性的功能类别(另附文件)gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。根据代谢组分析,碳水化合物、氨基酸和肽、次级代谢、核苷酸和辅因子、假体基和电子载体代谢是5d时最具代表性的超途径,而核苷酸、激素和辅因子代谢是GAc处理样品在7d时唯一具有代表性的超途径。gydF4y2Ba

此外,DEG的酶鉴定及其KEGG代谢途径分配分别鉴定了GAc诱导和荫离诱导处理的24和205个酶类和32和113个KEGG途径(附加文件)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。在gac处理的花序中,最具代表性的KEGG代谢途径是氧化磷酸化和嘌呤代谢,在遮荫处理的花序中,最具代表性的是淀粉和蔗糖代谢和嘌呤代谢。根据氧化石墨烯富集分析,该分析表明,与全基因组背景相比,给定途径在我们的数据集中是否占主导地位(gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.01,附加文件gydF4y2Ba12gydF4y2Ba),发现有460个词被富集。无环图显示前5名和前5名相关的GO术语在治疗和时间点上受到的影响最大(附加文件)gydF4y2Ba13gydF4y2Ba)表明,gac处理的花序中富集了与电子和质子转运、氧化磷酸化有关的基因,而遮荫样品中富集了与光信号响应和次生代谢有关的基因,这些基因与生物过程有关。在分子功能方面,主要与gac处理花序的NADH氧化还原酶、脱氢酶和rRNA结合有关,与遮荫处理花序的氧化还原酶、电子载体、四吡啶结合、水解酶、糖基转移酶和苯丙氨酸解氨酶活性有关。在细胞成分方面,GAc处理诱导的胞内细胞器、叶绿体和细胞质富集程度最高,而遮荫处理诱导的外质体、类囊体和CW项富集程度最高。gydF4y2Ba

GAc处理对代谢途径的影响gydF4y2Ba

如表所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba受GAc处理影响最大的特定基因均上调。最具代表性的类别是能量产生和转化,包括编码ATP合成酶、细胞色素的基因gydF4y2BacgydF4y2Ba生物发生蛋白、细胞色素氧化酶、NADH脱氢酶、三磷酸腺苷酶和核糖体蛋白。gydF4y2Ba

表4 GAc处理前十大DEG特异性列表gydF4y2Ba

由于GAc处理而特异性改变的最丰富的代谢物是核苷酸代谢产生的β-丙氨酸和鸟嘌呤,辅因子代谢产生的肉碱以及碳水化合物代谢产生的甘露醇和半乳糖(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。赤霉素仅在GAc处理过的样品中检测到,可能是外源的。目标代谢物分析,允许检测增加的腐胺和GAgydF4y2Ba8gydF4y2Ba并证实在7d时GAc处理过的花序中GAc的上升(表2)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。尸体碱,IAA, GAgydF4y2Ba1gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba4gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba9gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba12gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba34gydF4y2Ba乔治亚州gydF4y2Ba53gydF4y2Ba读数低于检测阈值,因此无法量化。精胺、亚精胺、葡萄糖和果糖含量在处理花序和对照花序之间无显著差异。由于gac诱导的改变数量相对较少,特别是与阴影强加引发的改变相比,因此有可能将其映射到简化的代谢途径上(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

图4gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba

GAc前5种代谢产物的相对含量演变(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)及遮荫(gydF4y2BabgydF4y2Ba)治疗。星号标识哪个处理与对照不同。数据按比例计算,中位数= 1。灰色、蓝色和橙色分别代表对照、GAc和阴影处理的样品。数据来自3个独立的生物重复gydF4y2Ba

表5用靶层析法测定处理过的花序中代谢物相对含量与对照的变化gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba

在gac处理的花序中观察到转录组学和代谢谱的变化,这些变化映射到简化的代谢途径。红色和绿色方块分别表示转录本的下调和上调。基因描述和相应的酶编码的折叠变化在附加文件中给出gydF4y2Ba11gydF4y2Ba。红色和绿色箭头分别表示代谢物积累减少和增加。酶代码描述:1.11.1.7 -过氧化物酶;Ec:1.14.11.15 - 3 - β -双加氧酶;1.14.11.9 - 3-双加氧酶;1.14.14.1 -单加氧酶;1.6.5.3 -还原酶(H + -易位);1.9.3.1 -细胞色素-c氧化酶;2.4.1.195 - s - β -葡萄糖基转移酶;3.1.1.3 -脂肪酶; 3.6.1.15 - nucleoside-triphosphatase; 3.6.3.6 - ATPase; 4.1.1.39 - carboxylase

碳水化合物、辅因子、氨基酸和核苷酸代谢和能量产生过程的变化gydF4y2Ba

葡萄糖-6-磷酸(G6P)、果糖-1,6-二磷酸(F1,6P2)和甘露糖-6-磷酸(M6P)、果糖和甘露糖的含量降低,而甘露糖醇则可以合成gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba经gac处理的葡萄花序中M6P降解和半乳糖含量增加。基于编码光系统I和II相关蛋白、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBisCO, EC 4.1.1.39)、NADH脱氢酶(EC 1.6.5.3)和细胞色素-c氧化酶(EC 1.9.3.1)的基因上调以及乙醇酸相对含量的增加,可以推测光合和呼吸代谢的增强(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。异柠檬酸盐相对含量降低,富马酸盐相对含量升高,两者均与TCA循环有关。辅助因子代谢也受到影响,表现为烟胺相对含量降低,烟酰胺和肉碱相对含量升高。gydF4y2Ba

与对照组相比,氨基酸和核苷酸途径在GAc处理下更受青睐,分别显示赖氨酸、异亮氨酸和多胺代谢增加,嘧啶和嘌呤代谢增加(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。相反,参与腐胺降解的n -乙酰腐胺水平下降。编码核苷三磷酸酶(EC 3.6.1.15)、RNA聚合酶(EC 2.7.7.6)和HgydF4y2Ba+gydF4y2Ba-易位ATPase (EC 3.6.3.6)上调。gydF4y2Ba

激素生物合成、转录因子、脂质及次生代谢的变化gydF4y2Ba

一个编码s - β -葡萄糖基转移酶(EC 2.4.1.195)的基因参与吲哚-3-乙酸(IAA)的生物合成和次生代谢,在GAc处理后表达上调。gydF4y2Ba

揭示了编码赤霉素3- β -双加氧酶(gaox)基因(EC 1.14.11.15)的下调gydF4y2Ba乙烯反应转录因子rap2-3gydF4y2Ba(gydF4y2Ba小块土地RAP2-3gydF4y2Ba)是唯一受GAc影响的激素信号通路转录本(表2)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。编码硫氧还蛋白过氧化物酶基因(EC 1.11.1.15)的表达以及与活性氧解毒机制相关的β-生育酚的相对含量也受到影响。gydF4y2Ba

如图所示。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba在脂质相关途径中,以甘油脂和甘油磷脂代谢、脂肪酸降解和亚油酸代谢为代表。gydF4y2Ba

次生代谢途径也随着红景天苷、柚皮苷、槲皮苷-3- o -葡萄糖苷、2,4,6-三羟基苯甲酸酯和杨梅苷含量的增加和编码过氧化物酶(EC 1.11.1.7)和山茅胺6-双加氧酶(EC 1.14.11.9)基因的下调而显著改变,这些基因参与苯丙素、类黄酮和类苯的生物合成和代谢途径。MYB转录因子家族的两个基因被下调(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

遮荫处理对代谢途径的影响gydF4y2Ba

遮荫胁迫导致差异转录基因数量和代谢物差异积累的变化比GAc喷施更明显(表2)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。如表所示gydF4y2Ba6gydF4y2Ba编码MYB特异性转录因子、黄酮醇合成酶和查尔酮合成酶的次生代谢相关基因、编码cullin蛋白、糖转运蛋白、茎特异性蛋白和GTPase小蛋白的基因是遮荫处理特异性诱导最显著的基因。gydF4y2Ba

表6遮荫处理的前十大DEG特异性列表gydF4y2Ba

受影响最大的代谢物,特别是遮荫处理的结果(图2)。gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba)来源于氨基酸和肽(蛋氨酸和γ -谷氨酰苯丙氨酸)、碳水化合物(蔗糖)、脂质(13-HODE + 9HODE)和核苷酸(尿囊素)的代谢。目标代谢物分析证实了全球代谢组学分析中检测到的腐胺和蔗糖含量的降低,并提供了遮荫处理植物花序样品中ABA水平5和7d显著降低的额外数据。gydF4y2Ba

氨基酸、肽和核苷酸代谢的变化gydF4y2Ba

在转录组学水平上,遮荫处理对氨基酸代谢的影响较大,引起苯丙氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸相关通路的改变,其次是丙氨酸、天冬氨酸、精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸和多胺相关通路的改变。该结果还观察到代谢物积累的变化,包括30种氨基酸或氨基酸相关代谢物的丰度增加,以及遮荫花序中莽草酸、腐胺和4-乙酰氨基丁酸的相对含量降低。谷胱甘肽和γ-谷氨酰胺肽的积累同样有利于遮荫处理(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

与嘌呤和嘧啶核苷酸代谢相关的DEG在遮荫处理中显著上调,除鸟苷和肌苷丰度外,相关代谢物也出现了相同的模式。gydF4y2Ba

碳水化合物代谢、转运和信号通路的变化gydF4y2Ba

碳水化合物相关的途径,包括光合作用、叶绿素代谢、碳固定、糖酵解、丙酮酸代谢、TCA循环、淀粉和蔗糖代谢、戊糖磷酸途径、果糖和甘露糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、半乳糖代谢、戊糖和葡萄糖酸相互转化和肌醇磷酸代谢,在阴影花序中大多受到抑制。在代谢组学水平上,遮荫处理的样品中苹果酸盐、柠檬酸盐、2-酮谷酸盐、葡萄糖酸盐、木糖、肌醇、葡萄糖和蔗糖含量下降,而富马酸盐、arabonate和xylonate含量增加。gydF4y2Ba

花期遮荫处理对糖信号通路和转运的影响如表所示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。编码糖代谢酶的基因,如6-磷酸三蔗糖合成酶、蔗糖合成酶和转化酶,呈现出全球上调的模式。编码葡萄糖-6-磷酸易位子和糖转运蛋白SWEET1和3的基因主要下调,而编码糖转运蛋白SWEET2和10的基因,推定的己糖转运蛋白和糖转运蛋白erd6样,涉及在c -饥饿条件下糖从液泡中转运[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba上调。gydF4y2Ba

DEG参与遮荫处理花序中糖的信号转导和转运及其折叠变化gydF4y2Ba

激素代谢和信号通路的变化gydF4y2Ba

在激素代谢和信号通路方面,涉及乙烯和生长素相关通路的基因在遮荫处理的样品中得到了高度的代表(表1)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。编码s -腺苷甲硫氨酸合成酶(SAM-S)的基因表达下调,而编码ACC氧化酶的基因表达下调。gydF4y2Ba乙烯不敏感的3-类gydF4y2Ba(gydF4y2BaEIN3gydF4y2Ba),gydF4y2Ba小块土地gydF4y2BaS以上调为主。色氨酸氨基转移酶相关基因的上调提示了由色氨酸合成生长素的生物途径。编码生长素结合蛋白(ABP)和运输抑制反应1 (TIR1)生长素受体的基因上调gydF4y2Ba辅助/ IAAgydF4y2Ba,gydF4y2Ba生长素反应因子gydF4y2Ba(gydF4y2Ba东盟地区论坛gydF4y2Ba),gydF4y2Ba生长素外排载体gydF4y2Ba(gydF4y2Ba原子能委员会gydF4y2Ba)被下调。吲哚-3-乙酸(IAA)-氨基酸偶联物的合成是通过上调gydF4y2BaGH3.9gydF4y2Ba基因在5d。gydF4y2Ba

DEG参与遮荫处理花序中激素的生物合成、代谢和信号通路及其折叠变化gydF4y2Ba

编码赤霉素20-氧化酶(GA20ox)、赤霉素3- β -双加氧酶(GA3ox)和赤霉素2-氧化酶(GA20ox)的基因表达也受到了显著调控(表2)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。GA信号通路受到抑制,同时a的表达上调gydF4y2Ba德拉gydF4y2Ba基因与下调gydF4y2BaGID2gydF4y2Ba,导致DELLA退化[gydF4y2Ba59gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

参与CK活化的基因,如编码udp -糖基转移酶85A1 (EC 2.4.1.215)、玉米素o -葡萄糖基转移酶和CK核苷5′-单磷酸磷酸核苷水解酶的基因,受到阴影处理的显著影响。CK受体组氨酸激酶、含组氨酸磷酸转移酶和参与其降解的CK脱氢酶的编码基因被诱导。遮荫还促进了油菜素内酯(BR)信号转导相关基因的上调。此外,cyclin-D3 (CYCD3)蛋白编码基因的表达,该蛋白是促进细胞分裂的CK和br信号通路的下游组分[gydF4y2Ba60gydF4y2Ba],显著下调gydF4y2Ba衰老相关基因gydF4y2Ba(gydF4y2BaSRG1gydF4y2Ba)被上调,在花序从遮荫的藤蔓,在7d(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

编码ABA合成酶和降解酶(醛氧化酶和脱落酸8′-羟化酶)的基因均上调。ABA代谢的这些变化也证实了遮荫花序中ABA相对含量的降低(表2)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。在ABA信号转导通路中,作为ABA应答负调控因子的蛋白磷酸酶2C下调,SnRK2上调,提示遮荫花序中ABA信号的去抑制。gydF4y2Ba

编码茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)转化的甲基转移酶基因在茉莉酸甲酯和水杨酸甲酯中表达下调。茉莉酸介导的信号通路也受到影响,正如编码TIFY9的基因上调所揭示的,该基因负调控茉莉酸反应的关键转录激活因子[gydF4y2Ba61gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

脂质、辅助因子及次生代谢的变化gydF4y2Ba

遮荫处理对脂质相关途径的影响包括:甘油脂、甘油磷脂和鞘脂代谢、脂肪酸生物合成、延伸和降解、亚油酸和花生四烯酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、生物碱生物合成、醚类脂质代谢以及角质、亚胺和蜡质的生物合成gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。特别是编码脂氧合酶(EC 1.13.11.12)和脂肪酶(EC 3.1.1.3)的基因被高度表达,并且大部分被上调。在代谢物水平上,脂肪酸、氧脂(HODE)、甘油脂、甾醇和甘油磷脂的整体增加也得到证实(附加文件)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

辅助因子代谢相关通路也发生显著改变,其中硫胺素代谢是最具代表性的途径,其次是维生素B6代谢、核黄素代谢、泛酸和辅酶a生物合成以及转录组水平上的烟酸和烟酰胺代谢。磷酸盐和甲基磷酸盐代谢物水平在遮荫处理的花序中增加。gydF4y2Ba

在遮荫期间,苯丙素、二苯乙烯、单萜、二萜、类胡萝卜素、类苯、黄酮类和花青素等次生代谢途径以及细胞色素p450相关途径均受到显著影响。编码苯丙氨酸解氨酶(pal) (EC 4.3.1.25)和二苯乙烯合成酶(EC 2.3.1.95)的DEG主要上调。编码月桂烯合成酶(EC 4.2.3.20)的基因表达上调,编码(3S)-芳樟醇/(E)-神经醇/(E,E)-香叶基芳樟醇合成酶(EC 4.2.3.25)的基因表达下调。相反,黄酮类化合物和二萜化合物的生物合成途径被抑制。在代谢组学水平上,萜类代谢产生的齐墩果酸酯、苯基丙烷类代谢产生的阿魏酸酯以及α-和γ-生育酚均增加,而熊果苷(苯)和红景天苷(苯基丙烷)因花序遮荫而减少。gydF4y2Ba

阴影改变了氧化应激的非酶标记物的积累,包括增加还原性谷胱甘肽(GSH)的相对含量和减少抗坏血酸相关代谢物(附加文件)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。编码酶促抗氧化剂(包括超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶、抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化物还蛋白、硫氧还蛋白、谷胱甘肽s -转移酶)的基因的表达也受到显著影响(表1)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。此外,参与抗坏血酸代谢和木质素生物合成的漆酶编码基因(EC 1.10.3.3)在遮荫处理下均下调。gydF4y2Ba

表9在遮荫处理的花序中,DEG编码氧化应激相关酶及其折叠变化gydF4y2Ba

阴影响应转录因子gydF4y2Ba

遮荫处理诱导了大量差异表达的转录因子,主要在第7天,包括MYB、GATA、MADS-box、HEX、GT-2、WRKY、CCAAT、ZF-HD、HSF、WOX、E2F/DP、bHLH、MOT2、MEIS1、RF2b和ZFF(表1)gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。特别是编码MYB和GATA家族的基因是最具代表性的,分别以下调和上调为主。直接参与激素信号转导通路的转录因子见表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

表10遮荫处理花序中DEG编码转录因子及其折叠变化gydF4y2Ba

常见的DEG和代谢物对GAc和遮荫有显著的变化gydF4y2Ba

除了发现每种处理特异性的DEG外,36个注释基因在两种诱导脱落处理中存在差异表达,其中5个DEG以相反的表达模式变化,而31个变化遵循相同的趋势(表1)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。后者可能是参与导致脱落的共享途径的候选基因,并且在两种刺激下都主要上调。这些基因中只有5个编码铜转运蛋白、枯草杆菌样蛋白酶、细胞色素P450、胞囊复合体亚基和MYB转录因子的基因被下调。表达模式相反的基因编码UGT74B1、葡萄糖-6-磷酸转运子、蓝色cu蛋白,这些基因在GAc处理下表达上调,在阴暗处表达下调。此外,编码乙烯应答转录因子的基因在阴凉处被上调,而在gac处理的样品中被抑制。gydF4y2Ba

表11受GAc和遮荫处理同时影响的DEG列表gydF4y2Ba

在两种减薄策略反应的13种常见改变代谢物中,8种代谢物在两种施加的处理中表现出相同的模式,主要属于氨基酸途径(表1)gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

表12 GAc和遮荫处理同时影响的代谢物列表gydF4y2Ba

另一方面,在GAc处理过的样品中,磷脂、磷酸乙醇胺和烟胺含量下降,而在遮荫的葡萄藤中,磷脂、磷酸乙醇胺和烟胺含量增加,而在遮荫的葡萄藤中,腐胺、肌苷、熊果苷和水杨酸含量增加,而在遮荫的葡萄藤花序中,腐胺含量减少(表1)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)。其他基因家族,液泡HgydF4y2Ba+gydF4y2Ba- atp酶,受到GAc和遮荫处理的影响,尽管涉及的基因并不完全相同(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

是什么使花产生脓肿?gydF4y2Ba

用-OMIC方法描述的花脱落揭示了包括代谢、基因表达和生理调节在内的复杂调控过程。在葡萄藤中,花冠100%掉落后的6至12天内自然落花(d) [gydF4y2Ba62gydF4y2Ba在我们的实验条件下,在第10天达到峰值(数据未显示)。我们的数据显示,GAc和遮荫在第5天和第7天对细胞代谢的影响相反,但在一些导致脱落的共同途径上趋同。gydF4y2Ba

如先前报道,多胺代谢途径在生殖器官脱落中起关键作用[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba63gydF4y2Ba,gydF4y2Ba64gydF4y2Ba].变化后的腐胺花序含量随处理的不同而变化,GAc处理和遮荫处理分别增加和减少腐胺花序含量。然而,通过n -乙酰腐胺的转化和/或下游多胺亚精胺和精胺的生物合成以及5-甲基硫代腺苷(MTA)的积累,腐胺的分解代谢在两种处理中受到相同方向的影响(表1)gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)。MTA是由s -腺苷甲硫氨酸(SAM)通过亚精胺和精胺生物合成途径产生的,它是一种强大的抑制产物[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba],提示对下游多胺生物合成步骤的调控,而不是其前体腐胺的生物合成,是脱落的共同信号。此外,在阴凉条件下发育的花序中,观察到编码SAM脱羧酶的基因(EC 4.1.1.50)的上调和亚精胺生物合成的后续步骤的抑制gydF4y2Ba亚精胺合成酶gydF4y2Ba2基因(VIT_17s0000g08030)表明多胺代谢的这一步也在转录组水平受到调控gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。这与开花前施用外源亚精胺而非腐胺抑制脱落的观察结果一致[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba].MTA也产生了gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba乙烯生物合成途径[gydF4y2Ba66gydF4y2Ba],仅受遮荫处理显著影响(表1)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba),而…的表达gydF4y2Ba小块土地RAP2-3gydF4y2Ba受到遮荫诱导而受到GAc处理的抑制,这表明乙烯信号转导途径受到不同处理的不同调节(表gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

两个常见的事件是参与RNA代谢的两个基因的上调,如编码RNA聚合酶和核糖体蛋白的基因,以及与能量产生相关的基因,如NADH脱氢酶、细胞色素gydF4y2BacgydF4y2Ba和atp酶(表1gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),表明对能源的需求在增加。NADH:来自NADH脱氢酶家族和细胞色素的泛醌氧化还原酶gydF4y2BacgydF4y2Ba是呼吸链的成员,作用于产生质子梯度,然后通过HgydF4y2Ba+gydF4y2Ba运输腺苷三磷酸酶。叶绿体NADH脱氢酶的上调表明,与光系统周围ROS减轻有关的氯呼吸[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba],也被诱导为对两种治疗的反应。gydF4y2Ba

除了编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和钙调蛋白的基因是信号转导途径的组成部分外,一个编码枯草杆菌样蛋白酶的基因被描述参与蛋白质转换、肽信号的产生和加工以及程序性细胞死亡[gydF4y2Ba68gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba70gydF4y2Ba],通常受到诱发脱落刺激的影响(表2)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。编码特定抗氧化剂1-胱氨酸过氧化物还蛋白酶(EC 1.11.1.15)的基因转录本积累较高,该基因容易被抗坏血酸或谷胱甘肽还原,在两种诱导脓肿处理后也很常见。这一观察结果与先前的研究一致,这些研究描述了ROS在脱落中的多重作用,包括信号传导、ROS-糖-激素串音和诱导cw降解酶的表达[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba].酶促和非酶促氧胁迫修复机制的其他变化被发现是特定的每个脱落触发gydF4y2Ba刺激gydF4y2Ba。特别是,抗氧化剂熊果苷、红景天苷的积累以及编码漆酶4和其他蓝色cu蛋白的基因的表达在两种处理之间形成了对比,这表明GAc或遮荫处理花序触发的ROS解毒工具不同(表1)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba和gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在氨基酸代谢方面,观察到的赖氨酸和异亮氨酸生物合成途径的诱导表明,这两种处理都是非生物应激影响的。赖氨酸是谷氨酸的前体,谷氨酸是一种重要的信号氨基酸,调节植物生长和植物对环境的反应[gydF4y2Ba71gydF4y2Ba].另一方面,异亮氨酸作为相容渗透物积累,在植物耐胁迫中发挥作用[gydF4y2Ba72gydF4y2Ba].在脂质相关通路中,甘油脂和磷脂代谢的变化表明细胞膜稳定性和信号脂质含量的改变[gydF4y2Ba73gydF4y2Ba,gydF4y2Ba74gydF4y2Ba],作为常见脱落标记的候选者。gydF4y2Ba

编码糖原和RuBisCO酶的基因转录增加的共同事件表明,在涉及碳水化合物代谢的过程中,葡萄糖转化为储存能量的聚合物糖原和COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba两种样品的固定均受到影响(表2)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。在代谢物水平上,富马酸的积累(表2)gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)亦有报告指出,在温室条件下,在相同的处理下,与花脱落有关[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].富马酸盐的多种功能包括参与pH调节、气孔运动和信号传导,以及在碳饥饿期间作为呼吸底物[gydF4y2Ba75gydF4y2Ba,gydF4y2Ba76gydF4y2Ba].空泡H编码基因的表达gydF4y2Ba+gydF4y2Ba参与pH调节的- atp酶基因受到两种处理的影响,尽管只在GAc处理的花序中发现了排他上调gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。这种过表达与最近的发现一致,即细胞质碱化是脱落途径的一部分,并伴随器官脱落的发生[gydF4y2Ba77gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

致病相关基因,如gydF4y2Ba酸性ENDOCHITINASEgydF4y2Ba两种处理下花序的上调(表2)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),据报道在器官脱落的部位表达[gydF4y2Ba78gydF4y2Ba,gydF4y2Ba79gydF4y2Ba],并建议在核电站一侧建立防御系统。gydF4y2Ba

GAc脱落诱导机制需要能量产生和整体代谢刺激gydF4y2Ba

虽然已知GAc效应在很大程度上取决于小气候条件[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba],开花时施用GAc是促进花脱落的成功处理(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),以及收获时的集群松动(表1)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),在露天条件下生长的“汤普森无籽”葡萄藤。gydF4y2Ba

考虑到与第7天相比,第5天观察到的代谢物含量变化幅度更大(附加文件)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),以及仅在第7天注意到的最显著的转录组重编程(图2)。gydF4y2Ba3 bgydF4y2Ba),人们可能会假设外源施用GAc显著增加花脱落的过程可能是由非酶机制引起的。非酶反应是代谢的一个组成部分,由于代谢物的化学性质,非靶向性和自发发生,包括类似于主要酶类的合成、氧化还原、分解、取代和异构化反应[gydF4y2Ba80gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba82gydF4y2Ba].例如,众所周知,非酶过程,如氧化,在释放与GA水平增加有关的种子休眠中的重要贡献[gydF4y2Ba80gydF4y2Ba].因此,我们的数据表明,喷施GAc导致葡萄花序中不同程度的代谢调节,导致氨基酸和肽、核苷酸、碳水化合物、脂质、辅助因子和次级代谢、能量产生和转化以及信号转导机制的水平发生改变(另附文件)gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

虽然叶子PgydF4y2BangydF4y2Ba经GAc处理后,其值未受显著影响(表3)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),在花序中,通过RNA-Seq检测发现,编码光系统I组装蛋白和光系统II反应中心的两个基因以及编码RuBisCO的三个基因表达上调(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。这些指标表明,在花序中,光合机制在全球范围内得到加强,这可能还伴随着光呼吸和氯呼吸的增加,因为乙醇酸含量的增加伴随着编码叶绿体NADH脱氢酶复合体单位的七个基因的上调(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。光呼吸和氯呼吸都涉及碳水化合物的氧化、氧气的消耗,并与光能耗散有关[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba,gydF4y2Ba83gydF4y2Ba,gydF4y2Ba84gydF4y2Ba].同样,GAc处理的花序中,呼吸作用似乎得到了增强,这是由线粒体呼吸电子传递链中编码NADH脱氢酶的其他13个基因上调所揭示的,其中一个基因编码细胞色素b,两个基因编码细胞色素c氧化酶(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

这些关于光合和呼吸途径的结果,以及分配给糖和多糖相关途径的DEG的上调,因此表明刺激了花序的能量代谢。前体核糖、嘌呤和嘧啶核苷酸的积累进一步支持了这一假设gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),它们作为核酸的能量载体和亚基发挥着核心作用,这也表明基因表达在全球范围内增加。因此,葡萄糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸和甘露糖-6-磷酸(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)表明这些分子降解生成5-磷酸核酮糖,这是核苷酸合成的前体。此外,此前有报道称,GAc对葡萄脱皮诱导处理的核苷酸和碳水化合物代谢的总体诱导[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

甘露醇含量的增加与渗透保护剂的耐受性有关[gydF4y2Ba85gydF4y2Ba].只有GAc促进了抗坏血酸前体半乳糖的积累[gydF4y2Ba86gydF4y2Ba],这与之前报道的不同遗传背景下脱氢抗坏血酸增加的情况一致[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

GAc引起了花期参与次生代谢的转录物和代谢物水平的变化(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),与之前在物候阶段(开花前)所观察到的情况相似[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].槲皮素-3- o -葡萄糖苷和柚皮素的积累和一个编码山莨菪碱6-双加氧酶的基因的抑制表明黄酮类化合物的代谢受到诱导。特别是编码udp -糖基转移酶74B1的基因,被认为参与了次生代谢,并通过胼胝质沉积到CW中作为防御反应,也是IAA生物合成途径的一部分。因此,该基因的上调表明,生长素含量的增加可能需要gac诱导的反应[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba].另一方面,考虑到下调gydF4y2Ba赤霉素3- β -双加氧酶gydF4y2BaGA的增加gydF4y2Ba8gydF4y2Ba由GA产生的内容gydF4y2Ba1gydF4y2Ba失活(无花果。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),可以认为内源生物活性GA水平降低,可能是由于GAc喷洒促进了负反馈调节,正如之前在不同物候阶段处理GAc后观察到的那样[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].生长素对生物活性GAc水平的调节已被提出,证实了这一假设[gydF4y2Ba87gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

营养胁迫和整体代谢抑制对遮荫诱导脱落的影响gydF4y2Ba

“汤普森无籽”表现出对50%帽落和14天内施加的遮荫敏感,导致落花率增加(表1)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。这些在开花阶段的观察,以及在收获时较不紧凑的束和较低的浆果数量(表1)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)的研究表明,这种方法可以作为一种替代方法来利用。观察到PgydF4y2BangydF4y2Ba因此,将减少可用于植物和生殖汇的碳资源。这将增加碳汇之间的竞争[gydF4y2Ba88gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba90gydF4y2Ba],并促进花卉流产[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba].我们的研究结果也强调了PgydF4y2BangydF4y2Ba在开花到发育簇期间,尽管有碳水化合物储备[gydF4y2Ba91gydF4y2Ba].遮荫也影响叶片叶绿素含量、总叶面积和茎部生长(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),与之前在温室条件下观察到的结果相比,对植物生长的影响更为明显[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].在目前的研究中,这可能与较高的光截获率、不同的遗传背景和田间生长条件有关。gydF4y2Ba

遮荫导致大量参与光合作用、碳水化合物代谢和运输的基因下调[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba92gydF4y2Ba],以及还原碳和碳衍生代谢物含量[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba[附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。在代谢物水平上,只有阿拉伯酸盐和木酸盐的积累是例外。这些单糖修饰连续波聚合物,如果胶或木葡聚糖,其存在可能是在花梗AZ形成和器官脱离后近端保护层分化过程中发生的连续波重塑过程的结果[qh]gydF4y2Ba93gydF4y2Ba]以及适应非生物胁迫对CW结构和生长的影响[gydF4y2Ba94gydF4y2Ba].它们的积累也与果胶酯酶(EC 3.1.1.11)、聚半乳糖醛酸酶(EC 3.2.1.15)、膨胀酶、纤维素合成酶(EC 2.4.1.12)和胼胝质合成酶(EC 2.4.1.34)的差异表达一致。一致地,淀粉和蔗糖代谢是最具代表性的受影响途径,据报道,它们对环境变化非常敏感,提供了储存的碳水化合物的动员[gydF4y2Ba95gydF4y2Ba[附加文件gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。遮荫对糖信号通路及转运的影响分析(表1)gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)表明,蔗糖非发酵-1 (SNF1)相关蛋白激酶1(SnRK1)家族基因的表达受到显著影响,这些基因被确定为转录组的中心调控因子,响应黑暗和多种类型的应激信号,引发广泛的转录变化[gydF4y2Ba96gydF4y2Ba].海藻糖-6-磷酸合成酶(EC 2.4.1.15)基因的主要上调也参与SnRK1信号传导[gydF4y2Ba97gydF4y2Ba].参与糖信号传导的己糖激酶和转化酶(EC 3.2.1.26, 3.2.1.48) [gydF4y2Ba98gydF4y2Ba,gydF4y2Ba99gydF4y2Ba],显示与器官脱落有关gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba阴影,如先前报道的[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba].遮荫期间,一个编码可逆性蔗糖合成酶的基因(EC 2.4.1.13)的上调也诱导了蔗糖的动员,表明蔗糖和蔗糖衍生代谢物以及蔗糖特异性信号通路发生了改变[gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

在转录组学和代谢组学水平上,遮荫胁迫导致碳赤字导致碳/氮(C/N)失衡的典型特征,同时刺激氨基酸代谢,抑制能量代谢物和碳代谢物途径,增加氧化应激标志物的积累[gydF4y2Ba95gydF4y2Ba,gydF4y2Ba101gydF4y2Ba].根据遮荫处理对氨基酸和肽的生物合成、代谢和转运相关途径的影响,蛋白质生成氨基酸含量的增加可能是由于氨基酸的生物合成和蛋白质周转的增加,从而释放出氨基酸碳骨架以供能量利用。特别是,芳香氨基酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸含量的增加可能是应激诱导的蛋白质分解所致,生物合成前体莽草酸水平下降,同时编码莽草酸途径酶的基因下调,如莽草酸激酶(EC 2.7.1.71)和双功能酶3-脱氢quinate脱氢酶/莽草酸5-脱氢酶(EC 4.2.1.10)(附加文件)gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)。我们的研究结果与先前的研究一致,这些研究表明非生物胁迫促进了甜菜碱、脯氨酸和尿囊素的积累[gydF4y2Ba95gydF4y2Ba,gydF4y2Ba102gydF4y2Ba,gydF4y2Ba103gydF4y2Ba].在遮荫下发育的花序中,尿囊素是增加最多的代谢物gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),通常作为C/N失衡的反应而积累,嘌呤降解的结果与氮代谢和通过激活脱落酸代谢而产生的胁迫耐受性有关[gydF4y2Ba104gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

我们的数据表明,在遮荫下,ABA的生物合成、分解代谢和信号通路受到刺激(表2)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。ABA在脱落中的作用可能与ABA信号基因的激活直接相关和/或与ACC增加和乙烯生物合成间接相关[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba].另一方面,乙烯积累可通过ABA 8′-羟化酶活性的增加促进ABA分解代谢[gydF4y2Ba105gydF4y2Ba],导致净ABA含量降低(表2)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。通过[gydF4y2Ba106gydF4y2Ba],作为大豆生殖结构对遮光的反应。gydF4y2Ba

乙烯-生长素平衡被认为是器官脱落测定中最重要的调节因子之一[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba48gydF4y2Ba].由于生长素耗竭,AZ细胞对乙烯的敏感性与生长素调节基因的表达改变有关[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba].此外,(gydF4y2Ba48gydF4y2Ba研究表明,生长素调节了器官脱落的时间,而IAA信号通路的功能是建立这一事件所必需的。我们的数据表明,遮荫处理的花序诱导了生长素的生物合成,生长素信号通路活跃,编码生长素受体TIR1和ABP的基因上调,而编码ABP的基因下调gydF4y2Ba辅助/ IAAgydF4y2Ba和gydF4y2Ba东盟地区论坛gydF4y2Ba两个时间点的基因调查(表2)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。另一方面,编码iaa -酰胺合成酶GH3.9的基因仅在第5天上调,如先前在阴凉诱导的荔枝脱落中观察到的那样[gydF4y2Ba92gydF4y2Ba],表明生长素偶联可降低游离IAA含量,在生长素-乙烯平衡中发挥重要作用。因此,生长素的运输被下调gydF4y2Ba原子能委员会gydF4y2Ba基因只在第7天,如先前报道的[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]对萘乙酸诱导果实脱落的响应。gydF4y2Ba

在遮荫处理的花序中,乙烯的生物合成和信号转导途径被诱导,涉及到氰丙氨酸的积累和编码ACC氧化酶和ACC氧化酶的基因的主要上调gydF4y2BaEIN3gydF4y2Ba以及参与转录活性激活或抑制的转录因子ERF家族的差异调控[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba107gydF4y2Ba[附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba和表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。特别是与ABA和乙烯信号转导通路相关的MAPK级联的关键元件[gydF4y2Ba108gydF4y2Ba],并且已知与花器官脱落有关[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]受到调控,MAPK3、MAPK4、MAPKK5和MAPKK6的编码也受到调控(表2)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。此外,GTPase介导的信号转导,MAPK的上游级联[gydF4y2Ba109gydF4y2Ba],遮荫处理诱导(表2)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),并曾被证明参与叶片脱落信号传导和乙烯生物合成[gydF4y2Ba110gydF4y2Ba]并调节分离所需的关键分子的运动[gydF4y2Ba111gydF4y2Ba].GAs的生物合成和信号通路主要受到抑制,因此[gydF4y2Ba112gydF4y2Ba研究表明,低碳水化合物和低气体可促进果实脱落。gydF4y2Ba

开花期间光照减少对ck的激活、感知和降解有显著影响(表1)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)强调了这类激素的作用,并且与所描述的ck作为分离加速信号的作用一致[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba],尽管有乙烯调节的假设[gydF4y2Ba113gydF4y2Ba].BR、SA和JA代谢也与遮荫引起的脱落促进有关(表2)gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。SA含量的积累与编码水杨酸- o -甲基转移酶的基因的下调和编码PALs的基因的普遍上调一致(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)参与自身的生物合成[gydF4y2Ba114gydF4y2Ba].此外,氧化脂质的积累被证实发生在对遮荫的响应中,因为氧化状态升高的产物13-HODE和9-HODE与JA生物合成途径有关[qh]gydF4y2Ba115gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

在遮荫的花序样品中观察到的一些最显著的变化是由DEG和与氧胁迫修复相关的代谢物的积累所代表的(表1)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),其中谷胱甘肽合成循环的中间体最具代表性,如先前报道[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].另一方面,抗坏血酸代谢似乎受到抑制,这表明编码抗坏血酸氧化酶、抗坏血酸过氧化物酶和gdp -l-半乳糖磷酸化酶的基因下调,同时与抗坏血酸代谢相关的代谢物水平下降。在次生代谢方面,黄酮类化合物和二萜类化合物的相关途径主要被抑制,而苯丙素和苯乙烯类化合物的相关途径主要被诱导(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),指出了生物化学反应的减缓,同时促进了分离期间应激反应和防御系统的激活[gydF4y2Ba116gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

在受遮荫处理差异调控的转录因子中,MADs-box、AP2、MYB、WRKY、锌指转录因子家族成员先前被描述参与脱落调控[j]。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba92gydF4y2Ba,gydF4y2Ba117gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

两种处理通过对葡萄花序代谢产生不同的影响而诱导花脱落,这与先前提出的机制模型一致[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].GAc处理反应表明,在诱导核苷酸生物合成和碳代谢的同时,增强了能量代谢。中央花(王花)的整体代谢刺激,它在较小的侧花之前开放[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba],可以推测,通过GAc的应用,促进了这些花的结实,并抑制了后期花的发育和脱落。另一方面,遮荫诱导碳水化合物代谢抑制,促进了先前描述的脱落过程中的落花gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba营养压力[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]与糖、乙烯和生长素应答信号通路以及其他协调脱落的信号通路有关。多胺代谢的调节、活性氧清除机制的激活、乙烯信号通路的改变和生物活性GA生物合成抑制被确定为脱落的候选共同特征。我们的研究结果为研究果实作物的脱落途径提供了新的思路,有助于开发和优化果实作物的脱落控制策略。gydF4y2Ba

支持数据的可用性gydF4y2Ba

支持本文结果的数据集已提交给NCBI的Sequence Read Archive (gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/sragydF4y2Ba),编号为[SRA:SRX964421、SRX964430、SRX966723、SRX966735、SRX966740、SRX966742、SRX966755、SRX1008101、SRX1008174、SRX1008177、SRX1008181、SRX1008185、SRX1008211、SRX1008213、SRX1008214、SRX1008217、SRX1010114、SRX1010115]。gydF4y2Ba

缩写gydF4y2Ba

阿坝:gydF4y2Ba

脱落酸gydF4y2Ba

ACC:gydF4y2Ba

1-aminocyclopropane-1-carboxylategydF4y2Ba

东盟地区论坛:gydF4y2Ba

生长素反应因子gydF4y2Ba

阿兹:gydF4y2Ba

离层区gydF4y2Ba

BR:gydF4y2Ba

BrassinosteroidgydF4y2Ba

CK:gydF4y2Ba

CcytokiningydF4y2Ba

连续波:gydF4y2Ba

细胞壁gydF4y2Ba

度:gydF4y2Ba

差异表达基因gydF4y2Ba

d:gydF4y2Ba

100%封顶后的天数gydF4y2Ba

小块土地:gydF4y2Ba

乙烯响应系数gydF4y2Ba

国际宇航科学院:gydF4y2Ba

Indole-3-acetic酸gydF4y2Ba

FPKM:gydF4y2Ba

每千个碱基的片段每一百万个片段映射的外显子gydF4y2Ba

遗传算法:gydF4y2Ba

赤霉素gydF4y2Ba

广汽:gydF4y2Ba

赤霉酸gydF4y2Ba

GA20ox:gydF4y2Ba

Gibberellin20氧化酶gydF4y2Ba

走:gydF4y2Ba

基因本体论gydF4y2Ba

ggydF4y2Ba年代gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

气孔导度gydF4y2Ba

是:gydF4y2Ba

茉莉酸gydF4y2Ba

桶:gydF4y2Ba

京都基因与基因组百科全书gydF4y2Ba

KOG:gydF4y2Ba

真核同源基团gydF4y2Ba

MAPK:gydF4y2Ba

丝裂原活化蛋白激酶gydF4y2Ba

PA:gydF4y2Ba

聚胺gydF4y2Ba

朋友:gydF4y2Ba

苯丙氨酸ammonia-lyasegydF4y2Ba

纤毛运动:gydF4y2Ba

细胞程序性死亡gydF4y2Ba

PgydF4y2BangydF4y2Ba:gydF4y2Ba

净光合速率gydF4y2Ba

中性粒细胞:gydF4y2Ba

植物代谢网络gydF4y2Ba

RNA-Seq:gydF4y2Ba

核糖核酸测序gydF4y2Ba

ROS:gydF4y2Ba

活性氧gydF4y2Ba

二磷酸核酮糖羧化酶:gydF4y2Ba

核酮糖1 5 5-bisphosphate,羧化加氧酶gydF4y2Ba

山:gydF4y2Ba

水杨酸gydF4y2Ba

山姆:gydF4y2Ba

S-adenosylmethioninegydF4y2Ba

柠檬酸:gydF4y2Ba

三羧酸gydF4y2Ba

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    中科院gydF4y2BaPubMedgydF4y2Ba文章gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

下载参考gydF4y2Ba

致谢gydF4y2Ba

本研究由葡萄牙 基金会Ciência e a tecologia (FCT)资助,项目“VitiShade: PTDC/AGR-GPL/116923/2010”,博士基金SFRH/BD/69076/2010给SD, ProDeR Action4.1: PROdUVA 23921/2/3/4。我们感谢Metabolon Inc. (Durham, USA)的Danny Alexander博士和他的团队进行代谢组学分析,以及LGC Genomics (Berlin, Germany)的Martin Heine博士和他的团队进行转录组测序。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba路易斯·f·古劳gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

LFG、CMO和SD负责实验的构思和设计,SD和VC负责样品采集和RNA提取,SD、VC、JCR、CS和RL负责生理和代谢测定,JF和OSP进行转录组生物信息学分析。所有作者都起草并批准了最终稿件。LFG和CMO主导了这个项目。gydF4y2Ba

附加文件gydF4y2Ba

附加文件1:图S1。gydF4y2Ba

在遮荫和无遮荫条件下记录花期(12天)的小气候条件。每小时相对湿度(RH)、温度和光合光子通量密度(PPFD)的平均值(±se)。(PDF 155kb)gydF4y2Ba

附加文件2:图S2。gydF4y2Ba

rna序列的定量rt - pcr验证。脱落相关基因(A)的NCBI参考文献、基因鉴定(GID)、q-rtPCR和RNA测序的折叠变化定量、引物和扩增子长度(bp)。参考基因(B)的NCBI参考文献、引物和扩增子长度(B)。数据为3个重复的平均值。qRT-PCR与RNA-Seq获得的折叠变化之间的pearson相关系数(R = 0.84)在gydF4y2BapgydF4y2Ba-值≤0.001 (C)。(PDF 176 kb)gydF4y2Ba

附加文件3:表S1。gydF4y2Ba

用于LC/MS/MS分析的化学标准品参考库。(xlsx28kb)gydF4y2Ba

附加文件4:表S2。gydF4y2Ba

质谱法测定激素的参数。锥形电压电位、碰撞能(CE)等性能特性。(PDF 67kb)gydF4y2Ba

附加文件5:图S3。gydF4y2Ba

饼状图总结了每个样本与gydF4y2Ba葡萄gydF4y2Ba基因组。按样本、唯一映射(黑色)、未映射(灰色)或在多个位置映射(白色)的读取百分比。(PDF 54kb)gydF4y2Ba

附加文件6:表S3。gydF4y2Ba

受GAc和遮荫处理显著影响的基因列表。基因注释,功能分类和各自的折叠变化。缩写GAc5d, GAc7d, SH5d和SH7d表示在100%帽落后5天和7天,处理花序和对照花序的基因相对表达量之间的log2倍变化。(XLSX 777kb)gydF4y2Ba

附加文件7:图S4。gydF4y2Ba

差异表达基因(A)和差异积累代谢物(B)的正交信号校正偏最小二乘判别分析(O-PLS-DA)。对基因和代谢物进行分组,并分别按其KOG类别或超途径编码色散颜色。数据在分析之前进行了n变换。(PDF 140kb)gydF4y2Ba

附加文件8:图S5。gydF4y2Ba

RNA-Seq reads的Pearson相关图。每个时间点(5和7d)的个体生物重复与处理(对照,GAc和阴影)之间的相关性,使用ln转化的读取计数作为DEG的输入。所有相关值在gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.001。(PDF 140kb)gydF4y2Ba

附加文件9:表S4。gydF4y2Ba

热图说明代谢物变化对GAc和遮荫处理的反应。缩写GAc5d, GAc7d, SH5d和SH7d表示在100%帽落后5天和7天,处理花序和对照花序中获得的代谢物相对含量之间的log2倍变化。红色和绿色阴影单元格表示gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.05。浅红色和浅绿色阴影单元格表示0.05 pgydF4y2Ba-值≤0.10。(xlsx70kb)gydF4y2Ba

附加文件10:图S6。gydF4y2Ba

根据功能分类差异改变的转录物和代谢物的分布。每个饼状图对应于100%帽落后第5天和第7天GAc和遮荫处理的变化(d)。(PDF 234 kb)gydF4y2Ba

附加文件11:表S5。gydF4y2Ba

不同处理在5和7d时差异表达基因的酶学分类和各自的折叠变化。(xlsx68kb)gydF4y2Ba

附加文件12:表S6。gydF4y2Ba

每对比较中GO富集类别的列表。富集分析使用R生物导体topGO包进行Fisher精确测试和gydF4y2BapgydF4y2Ba-value≤0.01。(xlsx56kb)gydF4y2Ba

附加文件13:图S7。gydF4y2Ba

差异表达基因中最富集GO类别的无环图。图中显示了GAc 7d(A)、SH5d (B)和SH7d(C)的前5位和前5位相关的生物过程、分子功能和细胞成分。所呈现的色阶与gydF4y2BapgydF4y2Ba-value,其中节点越红,节点越低gydF4y2BapgydF4y2Ba价值。黑色轮廓的节点是前5个丰富的类别。(PDF 440kb)gydF4y2Ba

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多明戈斯,S,菲诺,J,卡多索,V。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba赤霉素和碳饥饿在无籽植物中引发了花脱落的共享和分化途径gydF4y2Ba葡萄gydF4y2BalgydF4y2BaBMC Plant BiolgydF4y2Ba16日,gydF4y2Ba38(2016)。https://doi.org/10.1186/s12870-016-0722-7gydF4y2Ba

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关键字gydF4y2Ba

  • 花脱落gydF4y2Ba
  • 赤霉素gydF4y2Ba
  • 小道消息gydF4y2Ba
  • 光还原gydF4y2Ba
  • 代谢组学gydF4y2Ba
  • RNA-SeqgydF4y2Ba