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完整的月光诱导的昼夜钟表夹带Coffea阿拉比卡

抽象的

背景

现在有充分的证据表明,月光会影响无脊椎动物、鸟类、爬行动物和哺乳动物的生命周期。众所周知,日月潮汐还会改变植物的生长和发育。然而,尽管已知植物是非常光敏的,很少有研究进行探索月光对植物生理的影响。

结果

在这里,我们首次报道了一个大规模的转录修饰Coffea阿拉比卡基因在满月的条件下,特别是在满月的天顶和3小时后。在我们研究发现的3387个失调基因中,主要的核心时钟基因受到了影响。

结论

夜晚结束时,月光也对许多参与光合作用、叶绿素生物合成和叶绿体机制的基因产生了负面影响,这表明满月对黎明时的主要光合机制产生了负面影响。此外,满月促进了主要的节律性氧化还原基因和许多热休克蛋白的转录,表明月光被视为应激。我们证实了在模拟满月的受控条件下,弱光(小于6 lx)对生物钟基因转录的巨大影响。

背景

除了传说和传说,月球反射的太阳辐射可以被地球上的许多生物所感知,这一点已不再是疑问,而月光作为环境线索的信息作用也毋庸置疑[1].月光和月亮周期可以影响无脊椎动物、鸟类、爬行动物和哺乳动物的繁殖、交流、觅食和捕食[12].

Peter W. Barlow的工作清楚地证明了局部重力振荡对植物生长和发育的影响。由于太阳和月球对地球表面引力的影响,这些重力变化,即日月引力周期或日月潮,每天都在发生。日月潮汐影响植物现象,如叶片运动、茎伸长、树干直径波动、根系生长、幼苗的生物光子发射和叶绿素荧光[3.].最近,Gallep和同事们在超弱的光发射,咖啡幼苗生长模式和Lunisolar重力循环之间表现出共变化[4.].这些作者证实了之前在其他物种幼苗中发现的结果[3.].月亮对植物生长和发展的影响得到了充分的对局部重力的作用,但它也可能通过它反映的阳光产生效果。

光对植物生命至关重要,对光环境的感知决定了植物的生长、形态和发育变化。虽然植物具有高度的光敏性,但很少有研究探讨月光对植物生理的影响,而且大多数结果普遍是矛盾的。在1926年到1935年之间,Kolisko证明了在播种时月亮的特殊相位会影响种子的发芽期和发芽率,以及随后的植物生长[5.6.7.].查尔斯·达尔文研究了夜间树叶的夜光运动,并得出结论:这种现象是由天空辐射引起的。8.].由于Peter W. Barlow的工作,我们现在知道,在大多数这些研究中,月球的影响是由于它对重力测量的局部影响,而不是月光。但是,当我们考虑到珊瑚能觉察到月亮发出的蓝光,而蓝光反过来又会诱发配子发生和产卵时,关于月光对植物有影响的假设就不那么愚蠢了。9.].1969年的Bünning和MOSE假设光强度低至0.1 Lx(相当于来自非常小的蜡烛的光)可以影响植物中的光周期[10.].他们建议在豆类中折叠乳房叶片可能是防止月光激活上叶表皮中的颜料植物的红色形式的手段。在这项开创性的研究之后,最近的几项研究突出了人造光在夜间植物可以对的影响。当光被视为信息源而不是资源时,人造照明(有时称为光污染)改变自然光制度(空间,时间,频道,横向),而不是资源[11.12.].Kadman-Zahavi和Peiper(1987)报道称,在他们的实验条件下,暴露于月光的植物迟到了2-3天。他们建议,虽然可以在光/周期反应中感染满月,但在自然环境中,它只对最多的花卉诱导时间有很小的影响[13.].这些研究表明,植物可以感知到甚至非常低的月光,但没有关于如何在分子水平感知的信息,并且可以影响植物生理学,特别是转录激活的信息。但也许需要根据P. Barlow的最近的工作重新解释这些研究的结果[14.].

植物使用昼夜时钟与日常和年度变化同步他们的生理学和发展[15.].本研究的目的是调查咖啡感光体是否能够感知到月光和管制昼夜昼夜时钟机制。植物中时钟驱动的生理模式的一个关键方面是它们匹配环境模式,同时依赖于准确预测日夜长度。基因思想到昼夜光线感知拟南芥咖啡基因组中存在参与光合作用途径和调节的基因。咖啡树中核心时钟基因的表达模式类似于拟南芥,暗示了高水平的保护。在研究年轻的昼夜节奏阿拉比卡在人工环境下的咖啡幼苗(植物加速器,12/12小时的光周期),我们决定也通过分析温室中的老植物来检查我们的结果。我们在春日(白天12小时,晚上12小时)每隔3小时进行采样。当我们分析关键的核心时钟基因时LHY.利用qRT-PCR,我们观察到一个令人惊讶的现象。基因表达谱显示了一个完全出乎意料的峰值出现在午夜。一个偶然的机会,在我们书房的夜晚,月亮正圆“在一个美妙的时刻,一种广阔而温柔的宁静似乎从天空中降临”(自由改编自保罗·魏尔伦的一首名为“好歌”的诗,1871年)。为了进一步研究这一发现,我们使用RNAseq分析了我们的样品,并在同样环境条件下生长的植物以及在植物加速器中生长的植物的春日期间证实了我们的结果。

结果

月光的特殊性

世界各地的不同群落传统上使用月亮节律作为工具,以确定最佳发芽和收获时间。月球对植物有两种作用,一是通过其引力作用,二是通过其反射的阳光作用。引力效应现在是众所周知的,但满月(FM)光的影响完全未知。与阳光相比,满月的波长一般集中在400 nm(太阳为580 nm)左右,能量水平非常低(0.2 lx或0.0024 μmol m)- 2年代- 1).红色:当天的阳光的远红色(R:FR)比率大于1.2,而月光的比例在0.18和0.22之间(图。1).

图。1
图1

分光计自然和模拟全月光和自然阳光的测量

满月诱导大量的转录上下调节

据报道,与新月(NM)光相比,满月可以诱导许多咖啡叶基因转录水平的上调或下调(图2)。2一种)。在我们的实验条件下,我们在2016年3月24 H期间监测了RNASEQ每3小时的成绩单累积(附加档案1:表0,1,2,3,4,5,6,7,8和9)。考虑到整个转录组(25,574个基因),我们观察到ZT6,ZT9,ZT18的FM和NM之间的微小差异,仅为0.3%至1.2%的基因进行差异调节。在ZT15(4.8%)的ZT15(4.8%)中观察到与ZT21的FM天顶和3h相对应的两个最大值,超过6.8%的基因进行差异调节(图。2公元前)。总的来说,我们发现3387个基因差别调节。这些结果清楚地表明了咖啡叶所感知了月光。

图2
图2.

满月时钟和新月钟如何不同。一种数据的归一化,ZT 15示例:Fullmoon的日志折叠变化的散点图与每百万个基因的读取的日志计数的对比。数据的日志折叠更改为0,显示图书馆被正确归一化。在图中,差异表达基因以红色显示(P.< 0.05)。B.响应于FM,与对不同Zeitgeber时分的响应相比,许多咖啡叶基因在不同Zeitgeber时代的响应 - (ZT0 =黎明,ZT12 =黄昏)相比,(ZT0 = Dawn,ZT12 = Dusk),(粉红色=下;颜色绿色= Up).C这些响应的实例(从内部到外部)包括组蛋白基因表达,热休克基因,五氢肽家族基因,光合作用相关基因(光学系统,钙素循环,叶绿素代谢,类胡萝卜素)。与向上或向下箭头相关联的数字表示每个ZT分别在每个ZT上调节或下调的基因数。我们为ZT24和ZT0提供数字(ZT24的斜体)(咖啡厂照片信用,Breitler Jean-Christophe)

FM对光受体转录的影响

光敏色素(PHY)、隐色素(CRY)、ZEITLUPE (ZTL)家族蛋白和光促蛋白(PHOT)是已知的主要红/远红光和蓝光感光体。其中一些光感受器可能与月光感知有关,但大多数在转录水平上不受影响。只有光促蛋白在FM天顶高度表达(ZT15)(图。3.).我们观察到这一点PHOT1基因表达与叶绿素生物合成相关的多个基因高度相关。例如,与镁螯合酶基因的相关性为r = 0.91(图。3.).毫不奇怪,PHOT2已知对强蓝光反应的基因比Phot1(分别为log2foldchange 0.69和1.40)差差分表达。Zeaxanthin环氧酶(齐柏林飞艇),β-​​胡萝卜素3-羟基化酶(CRTZ.)和八烯合酶(PSY1)基因表达也与之高PHOT1.我们在ZT15位点观察到较高的基因表达,表明类胡萝卜素生物合成途径在月光下被激活。

图3.
图3.

一种RNAseq表达谱PHOT1玉米黄质环氧酶B.LHY.早点3.两种基因在月亮Zenith之后ZT15,3小时显示了转录峰。CZeaxanthin环氧酶有类似于的表达模式PHOT1D.虽然获得的模式早点3与lhy的相似。RNASEQ数据由DESEQ2标准化。满月(实线);新月(点缀);灰色:主观之夜

关键的生物钟基因会受到满月的影响

咖啡推测时钟基因转录本(LHY, Gigantea, Elf3, Elf4, Lux, PRR 5/7/9, PIF1, PIF4, Constans-like 2/4/9/16)在ZT3, ZT12, ZT15, ZT18, ZT21, ZT24)的积累受到满月的影响1:表2,5,6,7,8,9)。在一个平行的研究中使用阿拉比卡Plantlets和RNA测序时间课程数据,我们通过运行JTK_CYCLES进行两个循环(48小时)确定循环转录物。除了整个转录组的25,574个基因中,我们发现了4126(16%)的转录水平的节奏基因,其中包括83%类似于拟南芥节奏基因(附加文件1:图S10)。在FM和NM之间差异表达的3387个基因中,40%是节律的,这是比基因总数的18%显着更大的比例(P. < 0.0001), thus showing that the core clock alteration caused by the FM influenced many genes, with most of them being rhythmic genes.

我们发现咖啡推定时钟基因转录物的积累(晚细长的次乳蛋白(LHY),Cab表达1(TOC1),Gigantea(Gi),早开3和4(ELF3,ELF4),Lux Arhythmo(Lux)的时序,伪响应调节剂(PRR 5,7和9),Phytochrome积分因子(PIF1,PIF 3,PIF4,PIF7),常数为2,4,9和16(CO)受到满月的影响。成对相位图(附加文件1:图S11)显示了FM和NM之间的相似关系,但是具有不寻常的满月环路,从而说明FM以非常准时但标记的方式改变关键昼夜节律基因之间的关系的影响。我们的数据结合在一起,表明核心时钟基因被FM振幅改变(图。2C和附加文件1:表0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和图S11)。然而,FM也改变了一些节奏基因的阶段(附加文件1:图S12)并导致相位延迟(我们的研究中至少6小时)。

满月会影响许多调节基因的表达

在咖啡基因组中,已经预测了490多个假定的五碳肽(PPR) (http://coffee-genome.org/advanced).这里我们展示了(图。2c)在ZT21上上调该家族的130个基因,而只有四个被调节。130个上调PCR.基因中节律性基因97个,与节律性基因负相关基因127个LHY.基因表达(R为0.5至0.88,P.< 0.01)。在ZT15, 29PCR.基因上调,8次下调。我们还观察到ZT21的核糖体活性高不平衡,其中69个核糖体基因被上调,只有4次下调(数据未显示)。

与光合相关基因,热休克和脂质生物合成基因的转录受到满月的急剧影响

关于光合作用相关基因,我们观察到(图。2C),这一途径的50个基因在夜间被强烈上调或下调。采光a-b结合蛋白(cab1c -4/8/21/36)在ZT15和ZT18的FM高度上调。另一方面,黎明前ZT21有大量光合作用相关基因表达下调,而ZT24表达下调最多(图2)。2C)。逻辑上,几种与主要氧化还原基因的相比光合作用基因高度相关((附加文件1表S13),它们是氧化还原调节的主要目标。事实上,我们观察到(图。2c)热休克蛋白家族HSFs基因上调)。ZT15有13个基因表达上调,ZT18有6个,ZT21有8个,ZT24有7个,ZT24只有1个基因表达下调。这些基因中的大多数被归类为节律性基因。脂质生物合成途径的许多基因在ZT15处出现差异峰值(附加文件)1表S14),表明脂质生物合成途径也在月光下发生改变。

咖啡树感知月光,解除了它们的基因表达

2016年春日,我们利用RT-QPCR检测了时钟基因(LHY, GI, LUX ARRYTHMO, TOC1)、叶绿素生物合成基因(proto叶绿素lide Oxidoreductases a (POR1A))和淀粉代谢基因(α -葡聚糖水双激酶1 (GWD1))在FM和NM期间的表达。我们在2017年3月FM期间重复了这个实验,同样的植物在同一个温室里。在这个新实验中,我们还将一半的植物放在一个植物加速器(12/12小时的光周期)中,在整个3月份,这些植物在夜间都没有收到任何光。我们发现,2016年和2017年暴露于纳米管的植物与放置在植物加速器中的植物之间的基因表达没有差异(补充文件)1:图S16)。这种缺乏差异在图2中示出。4.为了LHY..此外,这些曲线可以与显示的曲线进行比较LHY.图2中的表达式图案。3.b在NM期间用RNASeq数据获得。

图4.
图4.

非典型积累LHY.月光下的文字记录。2016年3月NM(实黑色线),2016年3月FM(实橙色线),2017年3月phytotron(虚线深色线)和2017年3月FM(虚线橙色线)

当RT-QPCR用于比较2016年至2016年至2016年至2016年FM之间的LHY,GI,LUXrγRTHMO,POR1A,POR1B,GWD1和ISA3基因的表达,我们观察到植物时相同的意外峰值暴露在满月之下(图。4.,附加文件1:图S17)。2016年的表达非常明显,与RNA-SEQ观察到的峰非常相似(图。3.)用于研究所有基因。而在2017年,变化呈现出较低的幅度和非典型的表达峰值LHY.已经转移到ZT18,幅度低于2016年。2年之间的差异可能是由于2017年3月在FM之前的夜间盛行的部分云覆盖。

人造满月展示型基因表达

为了证实弱光对基因转录的巨大影响,我们设计了一种led组合,在生长室内复制全月光。我们设置了四种不同类型的LED照明,以尽可能地再现FM的明亮光谱(图。1).FM顶点蓝光强度与绿光强度之比约为1.30,与我们生长室内重现的1.41十分相似。我们将总浓度调节在小于6 lx (0.073 μmol m- 2年代- 1),因此植物能感知的能量小于1个光合有效辐射单位(PAR)。从技术上讲,我们无法增加光的强度来模拟月出和月顶发出的光。我们在晚上10点把灯开到最大亮度。尽管FM光的复制困难,但经过7天的处理后,暴露在这种人工“月光”下的植物在ZT21位点表现出非典型转录LHY.PHOT1PHOT2RT-QPCR分析中的基因(图。5.).夜晚峰在ZT21而不是自然FM条件下的ZT15生产。

图5.
图5.

光谱仪测量在NM天,一个满太阳日和生长室。我们使用四种类型的LED在主波长450nm(蓝色),660nm(红色),730nm(红色)和白光下,使用四种类型的LED模拟了生长室中的发光强度,以发出6个光强度为6 lx (< 2 PAR). Light intensity spectra (cd) and histograms of the color quality scale (CQS) and light values measured by a Rainbow-Light Portable Spectrometer MR-16 PPF under a full moon, a full sun day and in a growth chamber are shown.LHY.PHOT1RT-qPCR分析基因表达。暴露在这种人工“月光”下的植物在ZT21处表现出非典型转录(虚线)

讨论

植物暴露在光的数量和质量的反复变化中,它们使用一套光感受器来识别周围的光环境[16.17.].这些光感受器能够感知满月吗?全月光PAR显然不足以支持光合作用的生长,但从定性的角度来看,月光主要由蓝光和远红光组成,即植物感知的两种波长,已知影响植物的生理和发育[18.].另一方面,满月主要由蓝光组成,R:FR比值很低,因此植物可以感知满月。我们几乎可以肯定这只是月光效应,但我们不能完全排除重力效应。2017年FM期间放置在植管中的植株与2017年和2016年NM获得的基因表达谱相同。这种控制表明,在月初和月中,人们所感知到的确实是月光,而不是重力的变化。由于2016年NM和2017年FM培养室内qRT-PCR结果相似,我们可以得出月光是基因表达修饰的原因,而不是重力。

光敏色素(PHY)、隐色素(CRY)、ZEITLUPE (ZTL)家族蛋白和光促蛋白(PHOT)是已知的主要的红/远红和蓝光光受体[19.20.].PHOT蛋白起着蓝光感光器的作用[21.].玉米黄质环氧化酶(ZEP)已知对红光有反应[22.].这些光感受器中可能有几个与月光的感知有关。在转录水平上,除在FM顶点高表达的光促蛋白外,其余大部分未受影响。光合蛋白是一种蓝光受体,它控制着一系列的反应,以优化植物的光合作用效率。这些变化包括向光性、光诱导的气孔打开和叶绿体对光强变化的响应[23.].我们观察到这一点PHOT1基因表达与叶绿素生物合成或叶绿体中涉及的几个基因高度相关,并且还与类胡萝卜素生物合成途径的一些基因。ZEP的过度表达,已知响应红灯[22.]、CRTZ和PSY1表明类胡萝卜素生物合成途径在月光下被激活。

生物钟在一系列生化和生理过程中产生有节奏的变化,有助于优化植物在日常周期中的生长。有规律的环境变化,特别是日出和日落,协调了这些有节奏的行为。光合作用过程中产生的光感受器和代谢物使体内的生物钟与光线信号同步。在我们的研究中,我们假设大量的转录激活将是一个很好的方式来证明月光对植物的影响。此外,转录本丰度有助于评估外部线索对昼夜节律振荡的影响。光调节的双子叶或单子叶幼苗的形态变化伴随着20%的基因表达的改变拟南芥和米[24.].生物钟为植物提供了一种机制来预测日出等事件,并调整它们的转录程序,以协调环境信号和内源性途径。生物钟活动可以通过环境信号重置,如温度、光周期和代谢状态[25.].环境光信号的变化会引起称为昼夜时钟的分子起搏器的变化[15.,这是一个由相互联系的反馈回路组成的生物网络[26.].在这里,我们证明了弱的全月光对众多基因产生了深远的影响,特别是在FM天顶和3小时后。主要核心时钟基因在3387个受影响的基因中取消注入。

我们观察到主要核心时钟基因在FM期间的非典型表达,而这些发现与许多其他基因类似Reveille3.Rev3.).一些基因表现出与核心时钟基因相同的表达模式。Rev3.表达与LHY.R. = 0.98), suggesting that these two genes were probably co-regulated (Fig.2).Rev3.在生长调节中起着光周期作用[27.].事实上,许多基因的模式与LHY.表现得好像一天阶段在晚上发生。在FM和NM之间差异表达的3387个基因中,40%是节律的,表明由FM施加的核心时钟改变施加了大量基因,包括大多数节奏基因。

在3387个放松管制的基因中,我们还观察到许多参与转录和转录后过程的许多基因,包括核糖体基因和PRR蛋白。PPR蛋白是在线粒体和叶绿体中参与转录后方法(RNA加工和翻译)的RNA结合蛋白,其中它们可以以各种方式影响基因表达[28.].在这里,我们假设,一旦植物感知月光,核糖体基因和PPR蛋白就可以作为前提是调节因子和重新编程核和细胞内的基因表达。

在光合作用相关基因中,有50个基因在月光下失去了调控。这些基因中有许多在黎明前和黎明时被下调,这表明满月对黎明时的主要光合机制有负面影响。

我们证明弱强度的FM能够改变许多重要基因的转录。然而,目前还不清楚这种转录改变是如何转化为表型的。光合作用装置的组成部分在一天的过程中不断变化,以最大限度地吸收能量,同时限制过度采光造成的损害。Lai和他的同事展示了生物钟的坐标ROS稳态和转录反应[29.].在这里,我们发现调控光合机制的几个氧化还原基因与LHY.(附加文件1:表向)。主要的节律性氧化还原基因、许多热激蛋白和类胡萝卜素基因的转录修饰似乎证明了月光对植物的胁迫作用。激活应激反应途径是需要能量的,这就提出了一个问题:植物是如何保护自己免受什么伤害的。

结论

Moonlight可能是由工厂感知的环境提示,以向其促进其一些植物资源来繁殖或防御?这些早期结果为未来的研究铺平了对植物生理学的影响的研究。自然条件下的FM夜晚并不容易学习,因为日出和MOONSET时代变化而且天气条件并不总是有利的。此外,月亮的轨迹类似于地球周围的复杂芭蕾舞。人工培养条件可以促进用于月光对模型植物的影响,而且促进了光污染对植物的影响。我们认为,人工月亮的开始在我们的实验中为时已晚,这转移了有关基因的表达。然而,在人工条件下,我们的结果证实,植物可以感知非常低的发光强度,并且它们具有改变一个光感受器和一个核心时钟基因的转录的能力。

方法

植物材料和生长条件

C.阿拉伯里卡var。Caturra Seeds来自La Cumplida研究中心(Matagalpa,尼加拉瓜)。为了确定月光的影响,在IRD(Montpellier,法国)的自然日光(65-75%湿度,25℃温度,12/12 H光周期)的玻璃盆中培养植物在含有GO M2的3L罐中(jiffygroup)必要时用浇水灌封土壤混合物。从1岁的植物中收集叶样品在Zeitgeber时间(ZT)点ZT0(日出),ZT3,ZT6,ZT9,ZT12(日落),ZT15,ZT18,ZT21和ZT24于2016年3月,以及来自的2017年3月的同一植物。采样在弹簧溶剂FM和以下NM(4个生物重复)上完成。在FM期间,还从人造光下植物培养的对照植物中取出样品(Cryonext,Model第Rth 1200 L,以下参数:12/12 H光/暗光周期,80%湿度,25°C温度和600 mmol m- 2年代- 1光度。

我们使用相同的植物和条件进行了实验,以鉴定具有节奏表达的基因组。我们生成了48小时转录组的时间课程数据集。叶片在液氮中冷冻冷冻并在-80℃下储存直至RNA分析。在取样过程中,使用三种植物进行三种生物重复,用于所有RNASEQ实验,并与暴露于模拟月光的植物进行四种生物重复。为了对执行采样的时间点来进行分类,我们使用了Zeitgeber时间(ZT),其被定义为从正常12/12 H Photopheriod循环开始的时间(PhotoPeriod 12 H / 12h)的时间。为此目的,我们从ZT0到ZT24的3小时分辨率收集叶样品。

光分析

在2016年和2017年,在春天的SOLSTICE使用MR-16V4分析了太阳能和月亮彩虹-光便携式测量乐器。该光谱仪采用微机电系统(MEMS)和动态热平衡(DTE)技术,精度高(光谱偏差在+/−0.1 nm,测量差< 0.3%),稳定性高(重复测量误差< 0.04)。

用发光二极管模拟生长室内的月光

为了模拟月球在生长室内的发光强度,我们测量了月球在FM和NM下的实际发光强度。然后,我们在生长室内设计了四种类型的LED,在主波长450 nm(蓝色)、660 nm(红色)、730 nm(红色)和白光下发出6 lx的光强。我们测量了生长室内的光强,得到了真实的光强值。我们使用了三种设备:使用Rainbow-Light便携式光谱仪(MR-16 PPF版本)生成光强光谱,使用TopSafe光度计获得照度(lx),使用光度法PAR探针获得以μmol/m表示的光合光子通量密度(PPFD)2/ s。用光度计或光度法PAR探头检测不到背景噪声,但光谱仪显示出背景噪声谱(图。1).该实验在25℃和60%湿度下在生长室中进行。我们将LED放置在架子上并编程它们以发射ZT0和ZT12之间的350分,对应于NM条件的光强度。我们编程了另一架子上的LED,在ZT0和ZT12和ZT20之间的ZT0和ZT12和ZT20之间的光强度为350分,在ZT15和ZT20之间,对应于FM条件。我们暴露了10个Coffea阿拉比卡植株在NM条件下培养10天,使其适应生长室。10株驯化植物中5株在FM条件下暴露7天。第7天结束时,第一次取样于ZT0,然后每3 h取样一次,连续取样24 h。每个条件下从5株植物中取样(4个生物重复)。样本取自咖啡树的第3和第4片叶子。

RNA孤立

从随后研磨的液氮中的叶片粒子中的总RNA萃取,并如前所述处理并加工[30.].使用NanoDropTM 1000分光光度计(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)进行RNA定量,使用Agilent 2100 Bioanalyzer系统和RNA 6000 Nano™试剂盒进行质量评估。

实时RT-qPCR化验

如前所述进行PCR实验[31.].使用Primer3Plus基于Web的软件设计引物(http://www.bioinformatics.nl/cgi-bin/primer3plus/primer3plus.cgi.).基于已发布的数据,我们针对昼夜时钟的三个关键基因cclhy.(CC02_G39990),ccgigantea.(CC10_G15270)和CcLUX-ARRYTHMO(CC06_G20160)。通过分析扩增产物的TM(离解)来检查对每个引物组产生的PCR产物的特异性。PCR效率(E.)使用在每次反应的指数阶段期间捕获的绝对荧光数据估计。(1 + E.) = 10( - 1 /斜率)(Ramakers et al. 2003)(补充文件1:表S15)。通过施加式计算表达水平(1 + E.-ΔΔCT., 在哪里ΔCt,目标=CT,TargetGene.-CT,CAGAPDH.和ΔΔCT.=δ.Ct,目标−ΔCT,参考样品,用T.0.用作每个构造的样品。表达水平随着表达的表达归一化CAGAPDH.基因(GB登录号GW445811使用引物对GAPDH-F / R)用作内源性控制[32.].

RNA测序和生物信息学分析

RNA测序(RNAseq)由MGX平台(Montpellier GenomiX,Institutdegénomiquefonctionlle法国蒙彼利埃,;www.mgx.cnrs.fr).用来自Illumina的Truseq Slarded mRNA样品制剂试剂盒构建RNASEQ文库。一种微图谱总RNA用于图书馆结构。上标Iv逆转录酶和随机引物用于从切割的RNA片段中产生第一链cDNA。然后是第二链cDNA合成。在加入单一'A'基底和随后的适配器的基本之前修复cDNA片段。最终cDNA文库用生物分析仪试剂盒(标准敏感性NGs)验证,并通过QPCR量化(Roche光循环仪480)。在与NaOH的变性和稀释至下午17点之前,汇集了图书馆,然后在流动细胞中的两个泳道上进行聚类之前。根据制造商的说明,使用HISEQ 2500进行聚类和100nt单读排序。使用Hiseq控制软件(HCS)和实时分析组件(Illumina)进行图像分析和基本呼叫。 The data quality was assessed using FastQC from the Babraham Institute (http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/)和Illumina序列分析查看器(SAV)软件。我们每种样本平均获得2100万次单末读数。

差异表达分析

在差异表达(DE)分析之前,计数总和(通过对每次重复的计数(3)的求和)的基因低于45次被丢弃。然后使用DESEQ2中的归一化过程在库中标准化读取[33.].对ZT0、ZT3、ZT6、ZT9、ZT12、ZT15、ZT18、ZT21、ZT24进行FM/NM比较。差异表达被认为有统计学意义P. < 0.05. All genes of interest were analyzed and compared using the TopHat2 2.1.1 (with Bowtie 2.2.9) algorithm against theCoffea Canephora.基因组(咖啡基因组毂)(接头结映射)和BWA-Backtrack 0.7.15算法Coffea阿拉比卡转录组(34](映射和过滤)。

统计数据

差异表达(DE)分析采用R 3.4.2软件和DESeq2 1.18.1软件包。使用MetaCycle v1.1.0中实现的JTK_CYCLE测量节律性基因表达、周期和相位参数[35). .为了识别节奏转录本,我们分析了DESeq2标准化数据。JTK_CYCLE使用非参数测试来检测循环转录本[36]我们认为benjaminii - hochberg q值(BH.Q) < 0.05的转录本为节律性转录本。JTK-CYCLE的周期范围为21-27 h。一个χ2测试(P < 0.05)用于确定差异表达基因集中的节律基因是否以比预期的数量存在于偶然的数量。使用Excel绘制图形,或R. R代码可从相应的作者获得。

可用性数据和材料

本研究期间生成或分析的所有数据都包含在此已发布的文章中及其附加文件中。

缩写

DTE:

动态热平衡

调频:

满月

HSP:

热休克蛋白

NM:

新月

票面价值:

光合活性辐射单元

PPFD:

光合光子磁通密度

PPR:

推定的五戊肽

ZT:

授时因子时间

参考文献

  1. 1。

    李文杰,李文杰。光污染对植物光合作用的影响[J]。天体生物学。2006;6:668 - 75。

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下载参考

确认

我们感谢MGX平台(法国蒙彼利埃的CNRS;https://www.mgx.cnrs.fr)用于进行RNASEQ分析。我们也非常感谢Jean-Louis Cuquemelle(Alpheus Sarl,Montgeron,法国,https://www.alpheus-led.com/)来设置LED照明和电脑程序来再现满月的情况。我们也感谢David Manley对手稿的英文修改。

资金

RNASEQ和人造月球光线开发由欧盟地平线2020的研究和创新计划提供资金,以授予协议n。727934(GeedCafs项目,http://www.breedcafs.eu).资助机构在设计和撰写稿件中的研究和收集,分析和解释方面没有作用。

作者信息

从属关系

作者

贡献

J-CB, HE和BB设计了研究并拟定了实验设计。J-CB、SL、DD、HE、LT、CG、AD、DS和BB实施了研究实验。J-CB, DD, BB, MP对数据进行分析。J-CB和BB写了这篇论文。所有作者阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到j。Breitler

伦理宣言

伦理批准和同意参与

这个研究项目和这项研究已经被一个伦理委员会批准,他们发现它们符合所有的国家和国际濒危物种保护指南。所用的植物材料(品种Caturra)是一种常见的非濒危品种。

同意出版物

不适用。

利益争夺

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

附加信息

出版商的注意

Springer Nature在发表地图和机构附属机构中的司法管辖权索赔方面仍然是中立的。

补充信息

附加文件1:表S0。

重复。表S1。在ZT0的满月和新月之间差异化的基因。表S2。基因在ZT3的满月和新月之间差异表达。表S3。基因在满月与ZT6的满月和新月之间差异表达。表S4。ZT9基因在满月和新月之间的差异表达表S5。ZT12基因在满月和新月之间的差异表达表S6。基因在ZT15的满月和新月之间差异表达。表S7。ZT18基因在满月和新月之间的差异表达。表S8。基因在ZT21的满月和新月之间差异表达。表S9。ZT24中满月和新月基因的差异表达。图S10。咖啡和咖啡之间的节奏基因拟南芥图S11。核心时钟基因的成对相位图。图S12。在新月和满月下每个阶段的基因数。表向。氧化还原稳态基因与LHY的相关矩阵。表S14系列。脂质途径和LHY中基因之间的相关矩阵。表S14系列。用于通过QRT-PCR研究的基因的引物。图S16。新月中LHY基因的RT-QPCR。图肌力。核心时钟基因POR1A和GWD1的RT-QPCR时间历程。

权利和权限

开放访问本文根据创意公约署署署的条款分发了4.0国际许可证(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/),它允许在任何媒体上无限制地使用、分发和复制,前提是你给予原作者和来源适当的荣誉,提供一个到知识共享许可协议的链接,并指出是否作出了更改。创作共用及公共领域专用豁免书(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)适用于本条提供的数据,除非另有说明。

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引用这篇文章

Breitler,JC。,Djerrab,D.,Leran,S。等等。完整的月光诱导的昼夜钟表夹带Coffea阿拉比卡BMC植物杂志20.24(2020)。https://doi.org/10.1186/s12870-020-2238-4

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