多尺度比较转录组分析揭示了与油棕果实脱落相关的关键基因和代谢重编程过程gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

果实脱落依赖于细胞分离发生在特化细胞层，构成脱落带(AZ)。目的:探讨油棕单子叶肉质果实脱落的机理(gydF4y2BaElaeis guineensisgydF4y2BaJacqgydF4y2Ba。gydF4y2Ba)与其他脱落系统相比，我们针对发育中的初级AZ和邻近组织对果实进行了多尺度比较转录组分析。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

结合组织间发育与外源乙烯处理的比较，以及田间自然发生的脱落，RNAseq分析揭示了一个由168个表达差异调控的核心基因集，在空间上与成熟果实AZ相关，在时间上受脱落时间限制。通过qRT-PCR验证了一组候选基因在油棕果实脱落阻滞变异的果实AZ中的表达，为其在果实脱落过程中的功能提供了依据。本研究结果证实了双子叶干果开裂和单子叶肉果脱落之间基因功能的守恒性。该研究还揭示了脱落过程中AZ中发生的主要代谢转变，包括关键的衰老标记基因和转录调节因子，以及参与营养循环和重新分配、能量供应替代途径和氧化应激适应的基因。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

该研究首次提供了单子叶油棕肉质果实脱落带的参考转录组，并通过识别发生在单子叶油棕成熟果实脱落过程中具有功能作用和过程的关键基因，包括代谢转变、细胞壁修饰、信号传递、应激适应和转录调节，深入了解了脱落的机制。转录组数据包括一个原始的参考和资源，有助于理解这一基本植物过程的进化基础。gydF4y2Ba

果实的脱落与种子的传播相协调，是植物繁殖成功的关键。在生态环境中，果实在种子完全发育之前过早脱落，或在季节性气候变化期间太晚脱落，都可能危及野生物种的繁殖成功。果实脱落机制也是驯化的一个目标，一个著名的驯化例子是不脱落gydF4y2Ba无接缝的gydF4y2Ba已用于培育不脱落番茄果实品种的突变体[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。谷物(水稻、大麦、小麦等)的情况也是如此，驯化使它们能够选择不脱落谷物的品种。gydF4y2Ba

事实上，肉质果实脱落是一种重要的农艺性状，具有广泛的经济影响[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。成熟果实过多的果实品种需要减薄以获得最佳大小和最高质量的果实。果实未成熟而过早脱落的作物需要受到抑制，以获得适当的产量，而果实成熟而过早脱落的作物则需要受到抑制，以促进收获和避免经济损失[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba]。虽然果实脱落在概念上很简单(即果实从植物中分离并脱落)，但允许果实分离和脱落的细胞分离和调节机制涉及高度受空间、时间和环境调控的分子和生化过程。多种信号通路之间的相互作用是果实脱落发生的必要条件，这些信号通路整合了环境和植物的整体发育和生理状态[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

与其他植物器官脱落现象一样，果实脱落是通过一个被称为脱落带(AZ)的特化组织的作用发生的，该组织位于待脱落器官的底部，在那里细胞与细胞之间的粘附发生破坏，导致细胞分离和器官脱落[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。的gydF4y2Ba无接缝的gydF4y2Ba番茄缺乏功能性的AZ，这说明了AZ在脱落过程中的核心作用[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。脱落区根据其解剖结构可分为两种一般类型:1)在被脱落器官基部和邻近组织的边界区域，例如在花器官和花梗之间，如图所示gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba或在中果皮和花梗之间，如油棕果实;2)在一个组织内，如番茄果实或花的花梗[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。虽然这两种AZ类型的分化可能不同，但在这两种情况下，一旦AZ在待脱落器官的基部发育，它们必须获得对细胞分离和器官脱落所需信号作出反应的能力[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。在AZ具有诱导分离的能力后，细胞活动，特别是高尔基囊泡的扩张和内膜系统的激活，以及水解酶对外质体的释放，导致中间层的降解，最终细胞分离，器官脱落[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

目前，单子叶肉质果实脱落的主要模型来自油棕成熟果实脱落的研究(gydF4y2BaElaeis guineensisgydF4y2Ba)，属于槟榔科。油棕果实初生AZ位于中果皮与花梗的交界处，是一个大型的多细胞层AZ，在初生AZ中分离完成后，相邻的小AZ随后分离[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。在油棕果实的主要AZ中，乙烯或其前体1-氨基环丙烷- 1-羧酸(ACC)促进细胞分离，而生长素抑制细胞分离，这在许多物种的器官脱落中很常见[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。乙烯的产生始于成熟果实中果皮的顶端，并向中果皮底部发展，与主要AZ中发生的分离百分比呈正相关，这表明乙烯可能在果实成熟和果实脱落之间起联系作用[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。在相邻较小的可用区中，分离的精确位置由果实的年龄和成熟度决定，并取决于在主要可用区中完成的分离[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。此外，虽然果基部和花梗之间的维管束在主AZ上是连续的，但它们的木质化程度要低得多，可能有助于器官的移除[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

油棕果实的原代AZ细胞在细胞壁中有大量的未甲基化果胶，此外，脱落过程中聚半乳糖醛酸酶(PG)酶活性增加[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]，在许多品种的果实脱落过程中也能观察到这种现象[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。甲基化均半乳糖醛酸(HG)是最丰富的果胶聚合物，在发生细胞分离的AZ细胞中检测到其进一步减少[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。油棕果PG转录本(gydF4y2BaEgPG4gydF4y2Ba)在AZ中大量存在，并在细胞分离前在AZ细胞层中优先增加[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。然而,gydF4y2BaEgPG4gydF4y2Ba在成熟过程中也在中果皮中表达，并不是AZ所特有的，并且可能在两种组织中起分解富含果胶的细胞壁的作用[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。基于这些结果，虽然果胶HG的去甲基酯化和水解似乎对AZ中的细胞分离很重要，但目前尚不清楚油棕多细胞层初级AZ中细胞分离的其他机制。gydF4y2Ba

在本研究中，我们对乙烯诱导油棕成熟果实AZ的转录活性进行了大规模的多面分析。我们将此表达与乙烯处理后未观察到细胞分离的邻近花梗组织的表达进行了比较，并与乙烯处理后未脓肿的未成熟果实AZ中的表达进行了比较。然后在田间条件下自然脱落的成熟果实中验证表达。最后，我们利用一个具有不寻常的不脱落表型的手掌来验证所选候选基因在不发生脱落的成熟果实的az中的表达和功能[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。我们的方法可以综合研究这种单子叶植物果实脱落过程的转录活动、细胞过程和特异性。gydF4y2Ba

利用多尺度比较转录组分析鉴定成熟果实脱落过程中az特异性乙烯响应基因gydF4y2Ba

作为筛选油棕成熟果实脱落相关基因的第一步，我们研究了授粉后150天(DAP)油棕果实AZ对外源乙烯处理的短期基因表达响应。转录组分析在12小时内每3小时评估一次，而在处理9小时后已经观察到细胞分离(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa).在150个DAP样品(AZ150)中，与对照组(时间0小时AZ150;无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba一个;补充表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。分层聚类分析确定了4个不同亚簇A1-A7、B1-B6、C1-C7、D1-D10的deg聚类。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。聚类A包括乙烯处理下表达持续增加的基因，聚类D聚集乙烯处理下表达下调的基因。B和C簇的基因对乙烯有短期反应，分别在外源乙烯施用后3 ~ 6 h表达量最大。gydF4y2Ba

作为筛选1957年DEGs的AZ特异性表达的第二步，我们比较了AZ150对外源乙烯的短期响应与30 DAP未成熟果实的AZ的短期响应(AZ30;无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab-e)和成熟果实的花梗(P150;无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa)每个乙烯处理时间点的样品(也以相同的时间间隔用乙烯处理)(图;gydF4y2Ba2gydF4y2Baa).从该分析中，共有502个DEG候选基因在AZ150中相对于AZ30和P150中观察到的表达水平较高或较低(补充表)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

作为筛选与脱落有关的AZ基因的第三步，我们分析了田间自然脱落成熟果实AZ中的基因表达，旨在寻找乙烯诱导和田间自然脱落之间表达谱相似的基因(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab).该研究使用了在30 DAP的野外收集的AZ样本(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab和c)， 120dap(图;gydF4y2Ba1gydF4y2Baf和g)，在此期间未观察到脱落，并从观察到脱落的果串中收集160个DAP (h-k)(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Baf - k)。物理拉拔试验表明，120dap的小穗在被拉拔时，没有一个果实可以被移除，而160dap的小穗下部(65%)和上部(92%)的果实很容易被移除，果实沿着主AZ分离(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba此外，我们还采集了组织样本，并证实在AZ中，只有在160 DAP的小穗发生分离，而在30或120 DAP的AZ中没有观察到分离(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2BaB c f g i-k)gydF4y2Ba

共有168个deg在乙烯诱导和自然环境下的脱落过程中具有相似的表达谱，其中包括脱落过程中AZ中的126个上调基因和42个下调基因，并保留用于进一步分析脱落相关的过程和基因(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2BaC和d;补充表gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)。在168个deg中，34个有未知注释，134个候选基因被赋予了假定的功能，最具代表性的功能类别包括代谢(49个)，其次是应激(21个)，转录(14个)，细胞壁(12个)和信号(10个)。gydF4y2Ba

通过在不脱落的油棕变种的AZ中进行基因表达调查，验证脱落相关基因gydF4y2Ba

为了验证168个参与脱落过程的候选基因的功能作用，研究人员在一棵油棕(MTC180)的AZ中检测了一个选定子集(23)的表达谱，该子集之前被证明不会脱落果实[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。虽然MTC180成熟果实的AZ与正常脱落成熟果实的个体具有相似的细胞特征，但MTC180果实仍留在树上，在田间没有观察到自然脱落(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba];)。我们的假设是，这个个体的不脱落特征是由于发生脱落所需的基因表达网络的扰动。我们预测，与自然脱落(MTC180)果实中观察到的脱落基因相比，在不脱落(MTC180)果实中脱落的重要基因的表达谱将发生改变，并且对乙烯诱导的脱落有反应。对正常成熟和脱落果实的AZ样本进行了qRT-PCR分析，并与未脱落果实的AZ样本进行了比较。所选择的候选基因在乙烯诱导脱落和果实自然脱落过程中均有相当的表达，并具有一系列注释，包括与细胞壁、代谢、信号转导、转录调控、胁迫、转运、生长素转运和响应、氧化还原稳态相关的注释，以及一个未知的注释。在23个候选品种中，有17个(72%)在不脱落果实的AZ中表达谱与我们的预测相符，即与乙烯诱导和自然脱落过程中观察到的表达谱相比，不脱落果实AZ中的表达谱发生了改变(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba;补充表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。值得注意的是，所有与细胞壁相关的转录谱都符合我们的预测，包括编码PG4和PGAZ1、PGAZ2、PMEI-like、Thaumatin-like、LAC7和β木糖苷酶的转录谱。在乙烯诱导和自然脱落过程中，这些蛋白的转录本在未脱落的AZ中检测到的数量非常低。四个代谢基因表达谱中的三个也符合我们的预测，包括编码羟甲基戊二酰辅酶A还原酶、酰基脂质硫酯酶3 (ALT3)和β -脲酰丙酸酶的转录本。编码BZIP和bHLH的转录因子转录本在非脱落AZ中下调，而EgERF105转录本在非脱落AZ中相对于乙烯诱导和自然脱落时较高。最后，在未脱落的AZ中检测到编码信号转导成分的两个转录本，包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和HSL1 (haesa样富含亮氨酸重复受体激酶1)。如此高的一致性进一步加强了168个候选基因在脱落过程中在AZ中发挥的潜在作用。gydF4y2Ba

在乙烯诱导和自然成熟果实脱落过程中表达的az特异性基因包括涉及细胞壁修饰和降解以及器官分离的基因gydF4y2Ba

在134个注释的候选基因中，有12个基因编码直接参与细胞壁多糖合成、修饰或降解的蛋白质(补充表)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)。值得注意的是，其中一半编码与果胶修饰和降解相关的蛋白质(EgPG4, EgPGAZ1, EgPGAZ2, EgPMEI, EgBXL2, EgLRX4)。其中,gydF4y2BaEgPG4gydF4y2Ba在自然脱落的成熟果实中高度表达[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。其他与木葡聚糖和甘露聚糖降解有关(分别为EgBGLC1和EgMAN7)，苯丙素和木质素生物合成(EgLAC7, EgC4H/CYP73A5/REF3)，胼胝质生物合成(EgGSL1)和细胞壁酸化(EgHA2)。其他注释类别还有其他与细胞壁紧密相连的候选基因，包括A胱硫氨酸β -合成酶(CBS)家族蛋白CBSX-2，这是一种关键的氧化还原传感器，直接调节硫氧还蛋白的激活，并调节拟南芥花药开裂期间木素聚合和细胞壁增厚的酶[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba，gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]，除了细胞壁前体的合成(EgMIPS2)和细胞壁结合阿魏酸的合成(EgREF1)外，这可能是导致双子叶植物和单子叶植物阿魏酸含量水平不同的原因[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

值得注意的是，在这些细胞壁相关基因中，有5个编码的蛋白质与拟南芥花器官脱落、花药开裂、角果开裂或种子脱落过程中功能作用的蛋白质相似，包括:与ADPG1、MANNANASE7 (MAN7)、LACCASE7 (LAC7)、胱氨酸β -合成酶(CBS)家族蛋白(CBSX1)相似的序列(表1)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]。我们的候选基因列表还包括一个heasa样富亮氨酸重复受体激酶，与细胞壁代谢无关，但显示与拟南芥花器官脱落有关[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。此外，还发现了一种类似于水稻中的SH5的bel1样转录，它通过控制脱落区发育和抑制木质素生物合成来诱导碎粒[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。这些发现验证了我们用于鉴定油棕成熟果实脱落过程中具有功能作用的AZ基因的方法，并为单子叶和双子叶细胞分离相关的共同机制提供了证据。gydF4y2Ba

激素通路在脱落过程中被激活gydF4y2Ba

通过对乙烯诱导脱落和自然脱落的比较，我们发现在这两种情况下，乙烯相关基因具有相同的转录谱。经鉴定的基因编码的蛋白质涉及乙烯生物合成(1-氨基环丙烷-1-羧酸OXIDASE5, ACO5)，感知(乙烯不敏感4,EIN4)，乙烯前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)赖氨酸组氨酸转运体(LHT1)的动员[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba];)和乙烯反应因子(ERF18和RAP2.2)，以及与乙烯反应相关的转录因子包括NAC6、MYC2和EIN3(补充表gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)。有趣的是，在拟南芥中，转录因子NAC6调节gydF4y2BaACO5gydF4y2Ba而MYC2和EIN3则拮抗调控乙烯和茉莉酸盐(JA)的活性[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba，gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]。ACO5、EIN4、NAC6、MYC2和RAP2.2编码基因均上调，EIN3和ERF18编码基因下调。除了乙烯，还鉴定出与JA生物合成相关的转录物，包括gydF4y2Ba丙烯氧化物环化酶3gydF4y2Ba（gydF4y2BaAOC3gydF4y2Ba)，增加，和gydF4y2BaLIPOXYGENASE5gydF4y2Ba（gydF4y2BaLOX5gydF4y2Ba(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba];)，在离体时减少。候选基因中乙烯的合成、感知、信号传递和反应的关键角色的存在进一步支持了乙烯在脱落过程中的重要作用，为乙烯和JA之间可能的相互作用提供了证据，验证了多尺度筛选方法，并为其他确定的候选基因赋予了权重。gydF4y2Ba

生长素相关转录本在乙烯诱导和自然脱落中也普遍存在。转录本包括那些参与生长素稳态的蛋白质编码(CATALASE 2, CAT2.1和CAT2.2 [gydF4y2Ba38gydF4y2Ba)，和/或传输(PIN-LIKES 6, PILS6 [gydF4y2Ba39gydF4y2Ba];;SNX1 [gydF4y2Ba40gydF4y2Ba];;CLC2 [gydF4y2Ba41gydF4y2Ba];)和缀合物(GH3.5/WES1 [gydF4y2Ba42gydF4y2Ba];)以及生长素依赖转录(IAA27/PAP2 [gydF4y2Ba43gydF4y2Ba];)和生长素/泛素介导的蛋白水解(SKP2A [gydF4y2Ba44gydF4y2Ba];)。的成绩单gydF4y2BaCAT2.1gydF4y2Ba，gydF4y2BaCAT2.2gydF4y2Ba，gydF4y2BaPILS6gydF4y2Ba，gydF4y2BaSNX1gydF4y2Ba，gydF4y2BaGH3.5 / WES1gydF4y2Ba和gydF4y2BaSKP2AgydF4y2Ba在离体过程中AZ增加，而gydF4y2BaCLC2gydF4y2Ba和gydF4y2BaIAA27gydF4y2Ba减少。综上所述，这些观察结果为油棕成熟果实脱落过程中激活的激素相关转录程序的重要性提供了证据。gydF4y2Ba

AZ脱落特异性基因指纹识别与衰老、营养应激、营养循环、能量和氧化应激相关的途径gydF4y2Ba

我们的分析确定了已知在衰老开始时上调的基因，这些基因参与了关键过程，包括大分子降解、营养物质打捞和转运，以及解毒和防御。识别的关键衰老标记包括gydF4y2Ba衰老相关基因15gydF4y2Ba/gydF4y2Ba对脱水应激的早期反应gydF4y2Ba（gydF4y2BaSAG15gydF4y2Ba/gydF4y2BaERD1gydF4y2Ba)基因和可诱导衰老的叶绿体gydF4y2BaSTAYGREEN1gydF4y2Ba（gydF4y2BaSGR1gydF4y2Ba)基因[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba，gydF4y2Ba46gydF4y2Ba，gydF4y2Ba47gydF4y2Ba]。另一种与衰老相关的基因被发现，gydF4y2BaAMY1gydF4y2Ba编码⍺-amylase1，是一种应激诱导酶，分泌于拟南芥叶片细胞外，可能参与细胞死亡后的淀粉降解[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]。已知直接或间接参与衰老调控的关键转录调控因子包括ATAF1、RAP2.4和MYC2也被确定[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba，gydF4y2Ba50gydF4y2Ba，gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。光同化反应基因gydF4y2BaPAR1gydF4y2Ba它会编码一种类似pr的蛋白质，并对高水平的可溶性糖做出反应[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]，表明在脱落过程中发生了从合成代谢到分解代谢的代谢转变。鉴定出的基因编码谷氨酸脱氢酶(GDH)、丙氨酸转氨酶(AlaAT2)、3-甲基巴豆酰辅酶a羧化酶(MCCB)、支链酮酸脱氢酶复合物(BCKDC)的α -亚基(E1A2)和赖氨酸-酮戊二酸还原酶/糖氨酸脱氢酶双功能酶(LKR/SDH)，所有参与游离氨基酸(即丙氨酸、亮氨酸、赖氨酸和谷氨酸)分解代谢的关键酶。氮和磷酸盐饥饿的标记物也被发现，包括下调的主要硝酸盐转运蛋白NRT1和上调的磷酸胆碱磷酸酶PECP1 [gydF4y2Ba53gydF4y2Ba，gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]。此外，分析还发现了一种类似于gydF4y2BaPYD3gydF4y2Ba，该酶编码β -脲酰丙酸酶，该酶催化嘧啶降解的后期步骤，并在从碱基到一般氮代谢的氮循环中发挥作用[gydF4y2Ba55gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在低能量应激下，参与初级代谢重编程的一个关键BZIP53 TF的存在提示了脱离过程中能量代谢的巨大转变[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]。此外，为TCA循环和氧化磷酸化提供替代底物的酶基因，包括单磷酸腺苷(AMP)脱氨酶(gydF4y2BaFAC1gydF4y2Ba)和琥珀酸腺苷酸合成酶(gydF4y2Ba股美国存托凭证gydF4y2Ba)。关键的糖酵解基因也被上调，包括果糖二磷酸醛缩酶(gydF4y2BaFBA6gydF4y2Ba)和磷酸果糖激酶，gydF4y2BaPFK2gydF4y2Ba，gydF4y2BaPFK3gydF4y2Ba和gydF4y2BaPFK5gydF4y2Ba。此外，编码丙酮酸脱羧酶(gydF4y2BaPDC2gydF4y2Ba和gydF4y2BaPDC4gydF4y2Ba)、乙醛脱氢酶(gydF4y2BaALDH2B4gydF4y2Ba)和乙醇脱氢酶(gydF4y2BaADH1gydF4y2Ba)，为能量供应的发酵代谢(乙醇和醋酸盐)衍生的强烈糖酵解活性的关键标记物也被确定。gydF4y2Ba

我们发现了在油棕成熟果实脱落过程中AZ氧化还原控制的一个主要开关的证据。首先，在过氧化物酶体中鉴定了活性氧(ROS)稳态关键分子的转录激活，包括两个编码ROS清除过氧化氢酶同源物的基因，拟南芥CAT2是细胞氧化还原稳态的关键中介，在植物防御过程中协调水杨酸(SA)对生长素积累和JA生物合成的抑制[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]。此外，一个过氧化物酶体乙醇酸氧化酶(GOX)的基因，一种光呼吸酶，也可以作为HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在生物压力下[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]。其次，谷胱甘肽关键生物合成基因的证据(gydF4y2BaGlutamate-cysteine连接酶gydF4y2Ba/gydF4y2Ba根无分生gydF4y2Ba，gydF4y2BaGSH1 / RML1gydF4y2Ba)以及乙醛脱氢酶(gydF4y2BaALDH3H1gydF4y2Ba)被鉴定出可能参与解毒脂质过氧化产生的醛[gydF4y2Ba59gydF4y2Ba，gydF4y2Ba60gydF4y2Ba]。第三，确定了质体中适应氧化应激的关键标记，包括DnaJ伴侣蛋白J8，一种在叶绿体基质中发现的核编码可溶性蛋白，在响应氧化应激时积累，以及应激诱导的RELA/SPOT同源物3 (RSH3, LOC105041854)参与质体中ppGpp应激信号传递[gydF4y2Ba61gydF4y2Ba，gydF4y2Ba62gydF4y2Ba]。最后，对强烈氧化应激的平行代谢适应的证据包括果糖-二磷酸醛缩酶转录本的上调(gydF4y2BaFBA6gydF4y2Ba)和替代氧化酶(gydF4y2BaAOX1gydF4y2Ba)，分别表示糖酵解和呼吸活动对氧化应激的适应[gydF4y2Ba63gydF4y2Ba，gydF4y2Ba64gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

双子叶和单子叶常见器官脱落基因及过程gydF4y2Ba

单子叶和真子叶的系统发育已经进化出了肉质果实脱落以传播种子的机制，但这些机制在类群之间如何不同尚不清楚。在本研究中，我们使用多尺度转录组分析比较了乙烯处理的成熟果实AZ、花柄和未成熟果实AZ、自然脱落过程中的AZ和不脱落果实样品的AZ，以确定在该单子叶肉质果实脱落过程中AZ中起作用的核心基因和过程列表。gydF4y2Ba

高等植物的种子传播策略可分为三大类;种子碎裂(例如禾本科的驯化谷类作物)、干果开裂(即拟南芥和许多芸苔科和豆科植物的荚果碎裂)和肉质果实脱落(例如番茄是研究最多的双子叶模型)[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba65gydF4y2Ba];)。种子碎裂和肉质果实脱落都是通过果实基部裂口处的细胞分离事件发生的，而干果开裂则包括两个细胞分离事件，分别发生在果瓣边缘的开裂区(DZ)和种子基部裂口处[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba，gydF4y2Ba66gydF4y2Ba，gydF4y2Ba67gydF4y2Ba]。有趣的是，尽管这些不同的扩散机制在解剖学上存在差异，但已经观察到趋同进化[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba，gydF4y2Ba68gydF4y2Ba，gydF4y2Ba69gydF4y2Ba，gydF4y2Ba70gydF4y2Ba]。例如，bel1型同源盒转录因子的同源物qSH1和RPL (REPLUMLESS)分别在水稻的籽粒AZ和拟南芥干果的DZ中起作用[gydF4y2Ba68gydF4y2Ba，gydF4y2Ba71gydF4y2Ba]。另一个例子是gydF4y2BaSh1gydF4y2Ba，编码在高粱、水稻和玉米种子AZ中起作用的YABBY转录因子，在驯化过程中被平行选择用于非碎种性状[gydF4y2Ba70gydF4y2Ba]。在油棕的果实AZ中，我们发现了与拟南芥干果开裂过程中已知功能作用基因表达相似的基因，此外，gydF4y2BaBEL1gydF4y2Ba(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，与谷物种子AZ和拟南芥种子DZ中的表达相似。这表明，油棕果实脱落的保守机制包括那些与双子叶和单子叶AZ分化有关的机制，特别是与拟南芥干果角果分离有关的机制gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在我们在油棕肉质果实AZ中发现的候选基因组中，有5个候选基因与拟南芥角果开裂过程中起作用的基因相似(gydF4y2BaMANNANASE7gydF4y2Ba，gydF4y2BaMAN7gydF4y2Ba,gydF4y2BaADPG1gydF4y2Ba/gydF4y2BaPGDZATgydF4y2Ba、重命名gydF4y2BaEgMAN7gydF4y2Ba，gydF4y2BaEgPGAZ1gydF4y2Ba和gydF4y2BaEgPGAZ2gydF4y2Ba分别)和花器官脱落(gydF4y2BaLAC7gydF4y2Ba和富含亮氨酸的重复受体激酶类似gydF4y2BaHSL1gydF4y2Ba、重命名gydF4y2BaEgLAC7gydF4y2Ba和gydF4y2BaEgHSL1gydF4y2Ba)，这再次证明，在模型双子叶的DZ和AZ中，一些已建立的细胞分离机制对于这种肉质水果单子叶来说是保守的[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba72gydF4y2Ba]。特别是，我们再次发现了干果开裂的关键基因。例如,gydF4y2BaMAN7gydF4y2Ba，它编码一种内源性-甘露聚糖酶，在拟南芥和gydF4y2Ba芸苔属植物显著gydF4y2Ba角果开裂，在营养器官和生殖器官均有表达，在拟南芥角果开裂开始前的一个阶段高表达[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba，gydF4y2Ba73gydF4y2Ba]。gydF4y2BaADPG1gydF4y2Ba在拟南芥角果开裂过程中也有作用，但表达更特异性于角果DZ和种子AZ，且在两个过程中都有作用[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。这些结果证明，在干果开裂和肉质果脱落过程中，一些细胞分离机制是保守的，或者是平行进化的。有趣的是，突变的组合gydF4y2BaMAN7gydF4y2Ba和gydF4y2BaADPG1gydF4y2Ba增加分裂表型，展示不同类型细胞壁修饰剂的组合功能对于细胞分离是必要的[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]。事实上，我们发现了其他转录本，它们编码的蛋白质与拟南芥序列相似，具有与细胞壁聚合物修饰相关的功能，包括果胶、木质素、木葡聚糖和胼胝质[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba，gydF4y2Ba74gydF4y2Ba，gydF4y2Ba75gydF4y2Ba，gydF4y2Ba76gydF4y2Ba，gydF4y2Ba77gydF4y2Ba]。拟南芥LRX4参与果胶相关的细胞壁和植物发育，而拟南芥BXL2与BXL1非常相似，两者似乎都参与种皮表皮果胶粘液的极性分泌[gydF4y2Ba74gydF4y2Ba，gydF4y2Ba75gydF4y2Ba]。此外，还发现了类似于H[+]-ATPase 2的转录本，可能在受体激酶活性介导的细胞壁酸化中发挥作用[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba，gydF4y2Ba78gydF4y2Ba，gydF4y2Ba79gydF4y2Ba]。这些基因功能与之前在油棕成熟果实AZ中观察到的脱落过程密切相关。例如，AZ细胞进行极化定向的细胞壁构建活动，其最终结果是甲基化均半乳糖醛酸HG以极化方式脱落时减少(JIM5信号增加)[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。此外，我们还发现了两个与囊泡运输相关的候选基因，它们可能与生长素相关的运输、分泌和/或在其他脱落系统中发现的细胞壁成分的回收有关[gydF4y2Ba80gydF4y2Ba，gydF4y2Ba81gydF4y2Ba，gydF4y2Ba82gydF4y2Ba，gydF4y2Ba83gydF4y2Ba，gydF4y2Ba84gydF4y2Ba]。此外，油棕AZ在果实脱落过程中还观察到阳离子环境的变化[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]，而在番茄花脱落过程中，pH的变化对AZ的功能至关重要[gydF4y2Ba85gydF4y2Ba]。最后，木质素结构在拟南芥中的特殊作用已被确定[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。在分离器官的AZ细胞中发现了一种特殊的木质素支撑结构，其作用是定位细胞壁破裂和空间限制脓肿细胞。在目前的研究中，我们发现了几种木质素相关的转录物，它们编码木质素生物合成和聚合酶，包括LAC7, C4H和CBSX-2(补充表)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)。在拟南芥中,gydF4y2BaLAC7gydF4y2Ba在分离器官的AZ细胞中特异性表达。在油棕果实中，我们发现gydF4y2BaLAC7gydF4y2Ba在正在分离的成熟果实的AZ中表达尤其高(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)，这表明木质素生物合成对脱落也很重要。在柑橘转录组研究中，木质素生物合成转录本也被发现在果实脱落区(AZ-C)内的淀粉丰富区(Starch-rich Area, SA)中特异表达，这也是正在分离的细胞[gydF4y2Ba86gydF4y2Ba]。综上所述，木质素似乎是多种器官脱落环境的重要特征，包括拟南芥花器官、柑橘果实和油棕肉质果实。gydF4y2Ba

目前的研究通过另外两种pg的鉴定，证实了脱落过程中果胶相关变化的重要性(gydF4y2BaEgPGAZ1gydF4y2Ba和gydF4y2BaEgPGAZ2gydF4y2Ba)，与gydF4y2Ba拟南芥ADPG1gydF4y2Ba这是硅齿开裂所必需的[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。此外，一种果胶酯酶(gydF4y2BaEgPMEIgydF4y2Ba)在乙烯和自然诱导脱落过程中与AZ中的三种pg具有相似的特征，转录量一致增加。事实上，在不同物种的脱落过程中，PG转录本和活性都有所增加，并可被乙烯诱导或被生长素抑制[gydF4y2Ba87gydF4y2Ba，gydF4y2Ba88gydF4y2Ba，gydF4y2Ba89gydF4y2Ba，gydF4y2Ba90gydF4y2Ba，gydF4y2Ba91gydF4y2Ba，gydF4y2Ba92gydF4y2Ba]。在番茄中，有一个PG转录本pTOM6在果实成熟过程中表达[gydF4y2Ba93gydF4y2Ba，gydF4y2Ba94gydF4y2Ba，gydF4y2Ba95gydF4y2Ba]，而另外4个pg (TAPG1、TAPG2、TAPG4和TAPG5)在花和叶AZ中表达[gydF4y2Ba89gydF4y2Ba，gydF4y2Ba90gydF4y2Ba，gydF4y2Ba96gydF4y2Ba]。在油棕行业，gydF4y2BaEgPG4gydF4y2Ba在成熟过程中中果皮中高度表达，并在乙烯诱导下在AZ中表达[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。相比之下,gydF4y2BaEgAZPG1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba2gydF4y2Ba特定于AZ(补充表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。类似于gydF4y2BaEgPG4gydF4y2Ba，gydF4y2BaEgPMEIgydF4y2Ba也在中果皮中表达，因此也可能在中果皮成熟过程中发挥作用，或在成熟中果皮和AZ的脱落过程中发挥协调作用。如前所述，果胶相关转录本编码β -木糖苷酶和一个富含亮氨酸的重复伸展蛋白样蛋白在脱落过程中也被发现高表达，这表明在细胞分离过程中还涉及其他重要的果胶修饰。初级果胶的主要类型和中间层的主要成分是HG，这是一种半乳糖醛酸聚合物，以甲基化、低甲基化和非甲基化两种形式存在[gydF4y2Ba97gydF4y2Ba]。PME活性的结果不仅包括汞的去甲基酯化，还包括甲醇的生成和pH值的降低[gydF4y2Ba98gydF4y2Ba]。完全去甲基化的HG由于相邻HG分子的钙交联而增加了细胞壁的硬度，而pH降低可为PG水解提供更理想的条件。此外，去甲基化HG的增加可能更容易水化，导致细胞壁松动[gydF4y2Ba98gydF4y2Ba]。事实上，目前的模型是PME去甲基酯化HG, HG随后更容易受到PG水解的影响，从而导致细胞壁松动[gydF4y2Ba99gydF4y2Ba]。最后，结合PME和PG活性可以释放特定的信号寡半乳糖醛酸酯，在油棕的情况下，可能是一个潜在的信号，起源于主要AZ激活相邻AZ的细胞分离[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

众所周知，激素，特别是乙烯(促进)和生长素(抑制)，参与器官脱落，包括拟南芥花器官脱落和番茄花和果实脱落[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba101gydF4y2Ba]。对于油棕成熟果实的脱落，乙烯和生长素分别起诱导和抑制作用[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。在目前的研究中，我们发现许多激素相关转录本，包括乙烯、生长素和JA通路相关转录本，在脱落过程中在AZ中存在差异表达。这些结果证实了这些途径的重要性，并表明这些激素在脱落过程中功能的广泛保存[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

拟南芥中发现的IDA-HAE-HSL2 (rescence DEFICIENT IN absission - HAESA- HAESA- like2)信号通路已成为研究的重要焦点[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba102gydF4y2Ba，gydF4y2Ba103gydF4y2Ba]。该途径涉及一个肽配体-受体系统，该系统由IDA基因编码的分泌肽IDA和两个富亮氨酸重复(LRR)受体样激酶(RLK)组成，包括HAE和HSL2。这两个gydF4y2Ba艾达gydF4y2Ba和gydF4y2Ba有hsl2gydF4y2Ba突变体保留其花器官，而过表达gydF4y2Ba艾达gydF4y2Ba基因将gydF4y2Ba艾达gydF4y2Ba突变为野生型脱落表型，在野生型中均有过表达gydF4y2Ba艾达gydF4y2Ba或gydF4y2BaIDA-LIKEgydF4y2Ba（gydF4y2BaIDLgydF4y2Ba)基因家族成员导致早期脱落。目前存在一种争论，即IDA-HAE-HSL2信号通路是否在其他物种和器官中起作用，如叶子或果实。我们之前的工作提供了证据gydF4y2Ba艾达gydF4y2Ba和gydF4y2BaHSL-likegydF4y2Ba基因在油棕果实AZ中表达，IDA肽增强了油棕果实AZ中的细胞分离和脱落[gydF4y2Ba104gydF4y2Ba，gydF4y2Ba105gydF4y2Ba]。在目前的研究中，我们发现，在乙烯诱导和自然脱落过程中，hsl1样转录本在AZ中通常会减少，但在非脱落AZ中检测到的hsl1样转录本数量甚至更低，这证实了之前观察到的结果[gydF4y2Ba104gydF4y2Ba]。这进一步证明了IDA-HAE-HSL2通路在油棕成熟果实脱落过程中发挥作用，并且似乎是双子叶和单子叶器官脱落的保守信号通路。gydF4y2Ba

AZ特异性转录组包含脱落期间与衰老样程序相关的大型代谢重定向的转录特征。gydF4y2Ba

衰老和器官脱落都受到乙烯的调控，并且已经发现了常见的转录控制来协调这两个过程与拟南芥花器官的时间[gydF4y2Ba106gydF4y2Ba]。AZ指纹衰老标记基因和特异性转录调控因子的转录组研究。在与衰老相关的标志物中gydF4y2BaSAG15gydF4y2Ba/gydF4y2BaERD1gydF4y2Ba该基因编码atp依赖性植物酪蛋白水解蛋白酶(Clp)复合体的调节亚基，参与累积和错误折叠的叶绿体蛋白质的降解gydF4y2BaSGR1gydF4y2Ba编码mg脱盐酶，该酶是叶绿素分解代谢途径的第一步，也是衰老相关色素损失的关键转录调控点。此外，ATAF1 NAC TF通过将应激相关信号与光合作用和衰老相关的转录级联耦合，作为衰老的核心转录激活因子[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]。RAP2.4 DREB转录因子在衰老级联调控中发挥关键作用，并在损伤反应中控制细胞去分化[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba]，而MYC2是参与ja诱导的叶绿素降解等衰老过程的关键转录因子[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。AZ的转录组研究还揭示了许多已知在衰老开始时上调的基因，即那些与蛋白水解和游离氨基酸分解代谢活性、碳、氮和磷酸盐回收和转运有关的基因，以及那些与能量供应或氧化应激适应的替代途径有关的基因[gydF4y2Ba107gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

某些基因的鉴定可能反映了AZ中强烈的蛋白水解活性，无论是通过自噬还是蛋白酶体介导的过程。事实上，几个与蛋白水解活性相关的基因被鉴定出来，包括一个泛素蛋白转移酶、一个RING/U-box超家族蛋白、一个F-box/ rni样超家族蛋白和一个半胱氨酸蛋白酶超家族蛋白。与衰老相关的蛋白水解活性相关，天冬酰胺可能是用于有机氮重新分配到其他组织的主要运输化合物，因为还确定了谷氨酰胺依赖天冬酰胺合成酶(ASN1)的基因[gydF4y2Ba108gydF4y2Ba]。有趣的是，磷酸盐饥饿通常会诱导细胞膜磷脂酰胆碱含量的降低，以提供内部磷酸盐来源，同时用半乳糖脂取代膜磷脂，这一过程称为膜脂重塑。脱落相关的磷胆碱磷酸酶PECP1是拟南芥中由饥饿诱导的这一过程的主要参与者，并参与从细胞内来源释放无机磷酸盐Pi [gydF4y2Ba109gydF4y2Ba]。在这种情况下，质膜磷酸盐转运蛋白PHT1和PHT5的基因也被鉴定出来，这些基因可能促进PECP1活性释放的大量Pi向其他组织的转运[gydF4y2Ba110gydF4y2Ba，gydF4y2Ba111gydF4y2Ba]。当FAC1催化AMP水解脱氨生成单磷酸肌醇时，ADSS参与了反向反应，这表明无效的嘌呤核苷酸循环可以产生富马酸，嘌呤核苷酸作为无嘌呤的底物为TCA循环提供燃料。gydF4y2Ba

在离体过程中，能量代谢发生了明显的转变。在拟南芥中，BZIP53 TF通过触发包括ASN1和氨基酸分解代谢基因在内的特定蛋白质的积累，促进暗诱导衰老，并参与暗诱导饥饿反应中氨基酸代谢的转录重编程。BZIP53 TF作用于SnRK1 (snf1相关KINASE1)下游，并特别协调支链氨基酸分解代谢相关基因的表达，这也构成了另一种线粒体呼吸途径，对植物在饥饿期间的生存至关重要[gydF4y2Ba112gydF4y2Ba]。油棕果实中类似的功能可以解释氨基酸分解代谢途径的大幅上调，产生的有机酸可能直接用于输送TCA和氧化磷酸化。通过这种方式，人们可以注意到支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)和赖氨酸分解代谢的能量产量，即ATP的产生特别高，接近于以葡萄糖为底物氧化所测得的能量[gydF4y2Ba113gydF4y2Ba]。此外，在本研究中检测到的AlaAT和GDH的无效循环，可以将碳从丙氨酸转移到能量生产中，最近在从低能量胁迫中恢复的植物中被描述[gydF4y2Ba114gydF4y2Ba]。AlaAT反反应产生的丙酮酸漏斗进入TCA循环，脱氨后GDH再生，还原当量(NADH)和2-氧戊二酸盐以维持循环功能。gydF4y2Ba

在脱落过程中，在AZ中检测到活性TCA和氧化磷酸化以及发酵途径(PDC2, PDC4, ADH1)的转录特征乍一看可能令人费解。然而，乙酸的产生可以独立于氧限制条件，正如最近在干旱响应下的拟南芥中所证明的那样，乙酸的产生可以刺激JA信号通路，以赋予胁迫耐受性[gydF4y2Ba115gydF4y2Ba]。在常氧条件下，油棕果实的AZ也可能发生醋酸盐途径。通过这种方式，人们可能会注意到atp依赖酶，如胞质PFK2，质体亚型PFK5，以及转化酶INV1，在脱落过程中被转录诱导，而不是它们的无机焦磷酸盐依赖酶对应物，分别是PFP和蔗糖合酶，而后者被认为是缺氧条件下的首选亚型[gydF4y2Ba116gydF4y2Ba]。乙酸通路的诱导可以通过乙烯和TF RAP2.2转录级联进行激素控制，而不是通过氧限制条件[gydF4y2Ba117gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

总的来说，这些巨大的代谢变化是如何与AZ中的脱落过程联系在一起的，这在很大程度上是未知的，但根据我们的结果，我们可以得出结论，AZ中的转录活性似乎促进了成熟果实脱落过程中空间和时间上的主要代谢转变。在受控制的细胞死亡之前，从合成代谢到分解代谢的代谢转变可以使主要细胞成分的再循环和营养物质重新分配到其他组织或在脱落发育过程中氧化以产生能量。这一程序可能由环境刺激引起，如营养限制，即韧皮部通量阻滞引起的碳和氮化合物短缺，或由内部激素因素(乙烯、JA、ABA)引起。最近的一份报告提供了代谢与生长素和乙烯调节脱落机制之间的联系[gydF4y2Ba118gydF4y2Ba]。研究表明，生长素在玫瑰花瓣脱落过程中调控蔗糖的转运，对乙烯诱导的脱落具有拮抗作用。gydF4y2Ba

ROS通路在叶片脱落过程中起作用gydF4y2Ba辣椒gydF4y2Ba、拟南芥花器官脱落、羽扇豆花脱落、桂圆果脱落(gydF4y2Ba花芽龙眼gydF4y2Ba) [gydF4y2Ba119gydF4y2Ba，gydF4y2Ba120gydF4y2Ba，gydF4y2Ba121gydF4y2Ba，gydF4y2Ba122gydF4y2Ba]。在龙眼果实中，碳水化合物胁迫诱导的果实脱落是由ROS介导的[gydF4y2Ba122gydF4y2Ba]。在我们的研究中，我们提供了证据，表明ROS途径在油棕成熟果实脱落过程中在AZ中发挥作用，并且可能是果实衰老过程中碳水化合物代谢变化与AZ脱落过程之间的联系。有趣的是，在施用5-氯-3-甲基-4-硝基- 1h -吡唑、CMNP、一种已知能刺激柑橘果实脱落的化合物[gydF4y2Ba123gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

不脱落油棕个体的转录谱证实了油棕果实脱落过程中起作用的关键基因和代谢过程。gydF4y2Ba

为了验证乙烯处理和自然脱落过程中确定的候选基因的功能，我们检测了果实不脱落的棕榈树AZ中的基因表达。该个体的AZ似乎发育正常，非脱落特征似乎不是由于基因突变(如在番茄中)造成的gydF4y2Ba无接缝的gydF4y2Ba或拟南芥gydF4y2BaBLADE-ON-PETIOLE1/2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba72gydF4y2Ba，gydF4y2Ba124gydF4y2Ba]。我们的转录谱分析结果支持了这一假设，即该基因型中不脱落特征的原因是参与脱落过程的基因网络调控的变化。此外，研究结果还确定了油棕果实脱落过程中脱落调节网络调控的过程，考虑到在不脱落棕榈AZ中观察到的表达下降。值得注意的是，所有果胶相关转录本的丰度在不脱落棕榈的AZ中都非常低，这些转录本的特征是在脱落过程中具有协调的表达谱，这证实了它们在脱落过程中的重要作用。除了果胶相关的转录本，我们发现的许多其他转录本要么与代谢有关，要么与防御有关。其中一个DEG与thaumatin样蛋白相似，这是一种病原相关(PR)蛋白，具有抗真菌活性，参与植物系统获得性抗性和应激反应[gydF4y2Ba125gydF4y2Ba，gydF4y2Ba126gydF4y2Ba]。乙烯诱导后，在豆的AZ和桃的AZ中也发现了高表达的thaumatin样蛋白转录本[gydF4y2Ba127gydF4y2Ba，gydF4y2Ba128gydF4y2Ba]。当分离的AZ组织暴露在环境中时，thaumatin样蛋白可能是植物对可能的病原体攻击的防御反应的一部分。然而，目前尚不清楚这些蛋白质是否也可能在脱落过程中发挥积极作用。在乙烯和自然诱导脱落过程中，成熟果实AZ中的thaumatin转录本增加，而在非脱落AZ中则较低，但在中果皮中观察到增加(补充表)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)，因此我们的证据并没有表明果实脱落的特定作用，它可能在细胞分离期间和之后在AZ和邻近组织中发挥防御功能，导致果实脱落。gydF4y2Ba

本研究的主要目的是鉴定与油棕成熟果实脱落时间相关的AZ特异性表达，以筛选在AZ中起作用的基因，并与从双器官脱落模型中鉴定的候选基因进行比较。通过多尺度分析，我们发现了一组核心候选基因在油棕成熟果实脱落中具有高度协调的表达，其中一些基因在不脱落的棕榈果实脱落中具有相反的表达。这与这些基因在油棕成熟果实脱落中的重要功能作用相一致。特别有趣的是，我们发现了一些先前鉴定的主要来自拟南芥的基因，包括gydF4y2BaPGAZ1gydF4y2Ba，gydF4y2BaPGAZ2gydF4y2Ba，gydF4y2BaLAC7gydF4y2Ba，gydF4y2BaMAN7gydF4y2Ba，gydF4y2BaHSL1gydF4y2Ba，gydF4y2BaCBSX1gydF4y2Ba，gydF4y2BaBEL1gydF4y2Ba，已知其在拟南芥花器官脱落和荚果开裂过程中分别与AZ或DZ有关。这为在肉质果实和干果的分离区，单子叶和真子叶谱系之间广泛的系统发育守恒提供了强有力的证据。从模式种中鉴定出这些具有已知脱落和开裂功能的基因，证实了这组核心基因在空间和时间上与脱落密切相关。此外，我们的数据指出了脱落期间AZ中发生的显著代谢变化，包括与衰老、营养循环和重新分配、替代能源供应途径和氧化应激的适应性反应相关的关键基因和转录调节因子。这些结果为我们理解果实脱落与AZ中发生的导致脱落和脱落期间的代谢变化之间的关系开辟了新的视角。此外，本研究结果还为精英群体的选择提供了潜在的基因标记gydF4y2Ba大肠guineensisgydF4y2Ba少或延迟果实脱落的手掌。gydF4y2Ba

植物材料gydF4y2Ba

对于乙烯诱导脱落的转录组分析，油棕(gydF4y2BaElaeis guineensisgydF4y2Ba)授粉后30天和150天(DAP)的果实串gydF4y2BateneragydF4y2Ba在泰国生产的克隆(克隆C)于甲米省黄金油棕有限公司收集，如先前报道[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。为gydF4y2Ba大肠guineensisgydF4y2Ba自然脱落和基因候选验证实验，分别在30、120和160 DAP(未成熟且未在田间观察到脱落)和160 DAP(成熟果实在田间观察到脱落)时收集AZ样品。为了进行不脱落个体和qPCR验证，我们从两个回交(种间杂交×种间杂交×种间杂交)无性系中提取AZgydF4y2Ba大肠guineensisgydF4y2Ba)，两者的果实脱落表型不同[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。第一个无性系果实脱落正常，而第二个无性系果实无限保留(成熟不脱落，RNS)。gydF4y2Ba

可用分区采样和制备gydF4y2Ba

对于RNA提取，收集果实束，并对含有AZ的果实底部进行采样，方法如下:从果实束中去除小穗，用水冲洗，然后用手术刀去除含有AZ的果实底部的单个果实，然后解剖含有AZ的果实底部(每个样品收集约50个AZ块)，称重约3克，然后立即在液氮中冷冻。回交材料用相同的程序清洗和处理，总AZ重量约为3-6克。gydF4y2Ba

组织学和显微镜分析gydF4y2Ba

为了进行组织学分析，我们收集了含有AZ的果实的基部，并按照前面描述的方法进行处理，并用以下染料进行染色;甲苯胺蓝、鹿茸红及DAPI作比较[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。然后用Mowiol将样品安装在载玻片上，用明场显微镜(徕卡DM6000)使用不同的物镜(X10, X20等. ...)观察。为了使AZ可视化，还观察了组织切片，并用Retiga 2000R相机(Qimaging)拍摄了照片。gydF4y2Ba

测序数据分析和数据挖掘gydF4y2Ba

454焦磷酸测序所选择的AZ (30dap和150dap)和花梗(30dap)样品是通过在30dap和150dap下用乙烯处理果实小穗0小时、3小时、6小时和9小时获得的[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。从上述AZ和花梗组织样本中提取总RNA，如前所述[gydF4y2Ba129gydF4y2Ba]。使用钛试剂盒(Roche)，分别标记来自不同组织和不同乙烯处理时间点的cdna，然后混合在一个样本中，由泰国国家基因工程和生物技术中心(BIOTEC)进行454磷酸测序。在SouthGreen生物信息学平台(gydF4y2Bahttp://southgreen.cirad.fr/gydF4y2Ba)，以及Unité Mixte de Recherche Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes的高性能集群[gydF4y2Ba130gydF4y2Ba，gydF4y2Ba131gydF4y2Ba]。在组装的contigs被注释和清洗后，我们应用统计学方法分析转录组(补充图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。统计方法与以前一样，进行了一些修改[gydF4y2Ba131gydF4y2Ba]。利用Audic和Claverie统计方法，确定AZ150 DAP(成熟果实)未处理乙烯场样品(0 h)和每个乙烯处理时间点(0 h与3 h、6 h和9 h相比)之间reads丰度的统计差异[gydF4y2Ba132gydF4y2Ba]。当一个contig在乙烯处理时间过程中表现出高度显著的reads丰度差异时，它被认为是差异表达gydF4y2BaPgydF4y2Ba与未处理的0 h样品相比= 0.01。的gydF4y2BaPgydF4y2Ba通过Audic和Claverie检验得到的值然后使用Bonferroni校正来控制错误发现率(FDR)。使用之前开发的工具进行HCA，根据转录谱对deg进行分组([gydF4y2Ba133gydF4y2Ba]；gydF4y2Bahttp://rana.lbl.gov/eisen/gydF4y2Ba)。然后使用Audic和Claverie统计方法将DEGs与p150dap和az30dap样本进行统计比较，以确定成熟果实(az150dap)的特异性或富集基因表达。当候选基因在AZ150 DAP样本中的表达与P150 DAP和AZ30 DAP相比至少有一个时间点(0 h、3 h、6 h或9 h)存在统计学差异时，候选基因被保留;补充表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

Illumina数据分析gydF4y2Ba

在泰国采集的三个样本(AZ30、AZ120和AZ160)由GATC Biotech (gydF4y2Bawww.gatc-biotech.comgydF4y2Ba)。使用Cutadapt删除低质量的读取。使用BWA-MEM包和默认参数[gydF4y2Ba134gydF4y2Ba]。使用Samtools计算映射的读取数，然后计算每千碱基和百万读取数(RPKM) [gydF4y2Ba135gydF4y2Ba]。用于绘制地图的油棕预测副本可从NCBI网站(gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/gydF4y2BaGCF_000442705.1_EG5_rna.fna;2015年1月)。在乙烯和自然离合过程中，使用Mapman (gydF4y2Bahttps://mapman.gabipd.org/app/mercatorgydF4y2Ba(gydF4y2Ba136gydF4y2Ba];)和专家策展基于最近的文献致力于在模式植物的同源基因特征。gydF4y2Ba

引物设计及qPCR数据分析gydF4y2Ba

使用Primer3和Primer3plus设计具有统计学意义的contig基因候选的引物对。设计的引物使用Amplify应用程序进行测试(gydF4y2Bahttp://engels.genetics.wisc.edu/amplifygydF4y2Ba)检查引物对特异性和引物二聚体的形成。本研究中使用的引物列于(补充表)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。引物对进行了测试，以根据一系列稀释聚合cDNA(5、25、125、625和3125倍稀释)生成的标准曲线估算效率值。仅保留效率值在1.8 ~ 2.0之间的引物进行qPCR分析。qPCR方法如前所述[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

本出版物中讨论的数据已存入NCBI的基因表达Omnibus，并可通过GEO系列登录号GSE166314访问gydF4y2Bahttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE166314gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

这项工作得到了法国-泰国和泰国科学技术研究生院(TGIST)奖学金给KF的支持。该项目的资金支持也来自PalmElit和IRD/CIRAD对KF、FM和TJT的支持，以及来自Kasetsart大学研究与发展研究所(KURDI)对CJ的支持。我们感谢泰国GoldenTenera油棕榈种植园的Anek Limsrivilai和工作人员，感谢PDA/Murrin公司(DANEC集团)的Roberto Poveda和工作人员，感谢厄瓜多尔Quinindé PalmElit的Claude Louise对这项研究的后勤支持。我们也要感谢Jeremy Roberts在建立油棕果实脱落实验方面的有益讨论。我们感谢Stephanie Loubet在乙烯处理棕榈果样品收集方面的技术支持，以及Gautier Sarah在454 reads组装方面的技术支持。gydF4y2Ba

Timothy J. Tranbarger的信息:gydF4y2Ba

Orcid id: 0000-0001-6278-8321。gydF4y2Ba

ResearcherID: b - 3123 - 2011。gydF4y2Ba

前沿(gydF4y2Bahttp://loop.frontiersin.org/people/108686/overviewgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

ResearchGate网站(gydF4y2Bahttps://www.researchgate.net/profile/Timothy_TranbargergydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

Publons (gydF4y2Bahttps://publons.com/researcher/927118/timothy-john-tranbarger/gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

DIADE (gydF4y2Bahttp://diade.ird.fr/en/teams/f2fteam.htmlgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

这项工作得到了法国-泰国和泰国科学技术研究生院(TGIST)奖学金给KF的支持。该项目的资金和奖学金支持还来自PalmElit, IRD(拨款de recherche pour une thèse au Sud, ARTS)和CIRAD到KF, FM和TJT，以及从Kasetsart大学研究与发展研究所(KURDI)到CJ。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. UMR DIADE, Institut de Recherche Pour le Développement, Université de Montpellier, IRD中心de Montpellier, 911 Avenue Agropolis BP 64501, 34394 Cedex 5，蒙彼利埃，法国gydF4y2Ba

   Kim Fooyontphanich, Fabienne Morcillo, Thierry Joët, Stéphane Dussert, Julien Serret, Myriam Collin, Peerapat Roongsattham & Timothy J. TranbargergydF4y2Ba

2. 泰国茶春骚省南芒Maha Chakraphat路556号，邮编24000gydF4y2Ba

   金正日FooyontphanichgydF4y2Ba

3. CIRAD, DIADE, F-34398，蒙彼利埃，法国gydF4y2Ba

   Fabienne MorcillogydF4y2Ba

4. PalmElit SAS, Montferrier-sur-Lez，法国gydF4y2Ba

   菲利普AmblardgydF4y2Ba

5. 国家科学技术发展局，泰国巴吞他尼Phahonyothin路111泰国科技园gydF4y2Ba

   Sithichoke TangphatsornruanggydF4y2Ba

6. 泰国曼谷，Jatujak Phahonyothin路50号，泰国曼谷，泰国曼谷，理学院遗传学系gydF4y2Ba

   Peerapat Roongsattham & Chatchawan JantasuriyaratgydF4y2Ba

7. CIRAD, UMR AGAP, F-34398，法国蒙彼利埃gydF4y2Ba

   jean - luc VerdeilgydF4y2Ba

8. AGAP，蒙彼利埃大学，CIRAD, INRAE，农业研究所，蒙彼利埃，法国gydF4y2Ba

   jean - luc VerdeilgydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

TJT计划并监督研究的各个方面。PA、CJ和TJT协调野外实验的后勤工作。TJT, FM, PR和CJ进行乙烯实验，并收集样本进行RNA分离和组织学研究。ST进行454测序。KF和JS提取总RNA，设计基因特异性引物，表征不脱落果个体，进行基因候选验证策略，并进行qPCR分析。FM进行了Illumina数据分析。SD对转录组数据进行了统计分析。SD、TJ、FM、TJT进行手动标注。JLV、KF和MC制备样品进行组织学分析并进行显微分析。TJ写了代谢部分。 KF and TJT wrote the article with contributions from all authors. The author (s) read and approved the final manuscript.

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba蒂莫西·j·特兰伯杰gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

伦理批准并同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

我是负责提交这篇文章的作者，我接受在线提交表格中详细的提交条件和BMC版权和许可协议。gydF4y2Ba

●gydF4y2Ba没有涉及人类参与者、人类数据或人体组织的研究:“不适用”。gydF4y2Ba

●gydF4y2Ba稿件不包含任何形式的任何个人数据(包括任何个人细节、图像或视频):“不适用”。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

没有利益冲突。gydF4y2Ba

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