何炎森, 李瑞美, 李和平

乙烯誘導(dǎo)水仙成花相關(guān)代謝物和基因的篩選與分析

何炎森, 李瑞美, 李和平

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所，福建 漳州 363005)

為了解乙烯誘導(dǎo)水仙(var.)成花的生理和分子機制，利用代謝組和轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，篩選乙烯誘導(dǎo)水仙成花的差異表達代謝物和基因。結(jié)果表明，乙烯處理的側(cè)芽檢測到12個差異表達代謝物(DEM)，包括7個上調(diào)，5個下調(diào)，其中，(±)7-表茉莉酸、多巴胺、亞精胺可能與乙烯誘導(dǎo)水仙成花正相關(guān)，而吲哚及其衍生物呈負相關(guān)。轉(zhuǎn)錄組共獲得1 021個差異表達基因(DEG)，包括615個上調(diào)，406個下調(diào)，在DEG中鑒定篩選了45個與乙烯信號傳導(dǎo)和開花相關(guān)的差異表達基因。乙烯誘導(dǎo)水仙成花啟動可能先激活水仙鱗莖內(nèi)源植物激素(尤其乙烯)信號通路的變化，與開花促進基因和的上調(diào)表達密切相關(guān)。9個基因的qRT-PCR結(jié)果驗證了RNA-Seq的正確性。這些差異表達的代謝物和基因在水仙成花啟動過程中可能具有重要作用。

水仙花；乙烯；成花誘導(dǎo)；轉(zhuǎn)錄組；代謝組；基因表達

水仙花(var.)為石蒜科(Amaryllidaceae)水仙屬多年生草本球根花卉，是中國傳統(tǒng)名花，極具觀賞價值。水仙花雕刻品是以每粒鱗莖的花枝數(shù)來分等級，花枝數(shù)越多，等級越高，每支花的單價也越高[1]。為了提高經(jīng)濟效益, 市面上銷售的水仙鱗莖球基本上全部經(jīng)過乙烯利熏蒸催花處理。外源乙烯(ethylene, C2H4)對許多觀賞植物和果樹的開花有明顯的促進作用[2]，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中。外源乙烯誘導(dǎo)水仙成花的研究主要在乙烯熏蒸處理時間、濃度、環(huán)境條件和效果等方面[3–4]，相關(guān)機理研究較少。申艷紅等用外源乙烯處理整個鱗莖球，提高了可溶性糖、蛋白質(zhì)、吲哚乙酸、玉米素含量和過氧化物酶活性，篩選到31個成花相關(guān)基因[5]。外源乙烯誘導(dǎo)水仙成花的生理基礎(chǔ)和分子機制的研究還亟待發(fā)展完善。

中國水仙必須經(jīng)歷‘芽仔’、‘鉆仔’和‘種仔’階段，栽培3 a后才成為商品球，自然條件下不能成花的水仙鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽可以被外源乙烯誘導(dǎo)成花。在生產(chǎn)實踐上，花農(nóng)判定水仙催花處理成敗在于鱗莖母球內(nèi)部的最外側(cè)芽是否被誘導(dǎo)成花。本研究以中國水仙‘金盞銀臺’鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽為研究對象，利用高通量轉(zhuǎn)錄組和廣泛靶向代謝組測序技術(shù)，從生理代謝和分子層面分析外源乙烯處理對代謝物及基因表達的影響，篩選乙烯誘導(dǎo)水仙成花的關(guān)鍵代謝物和基因，為乙烯誘導(dǎo)水仙成花機理的深入研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

中國水仙(var.)‘金盞銀臺’鱗莖球來源于福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所試驗基地。同批次“種仔”閹割后種植在相同田塊，從收獲的3 a生鱗莖球中，選擇健康、排花狀、主鱗莖圍徑(21±0.5) cm的鱗莖球共200粒，隨機分成2組各100粒，裝于竹框內(nèi)。一組放到花農(nóng)倉庫與3萬多粒水仙花球同時進行乙烯利熏蒸處理[分別于7月23和26日各處理1次，便攜式乙烯報警儀(PGD3-C-C2H4)測得處理過程倉庫內(nèi)乙烯氣體質(zhì)量濃度為1 250～2 500 mg/m3]，然后自然室溫貯藏；另一組無乙烯處理，自然室溫貯藏為對照。在催花處理后(7月27日)，對水仙鱗莖球進行解剖取樣，鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽的樣品包含芽點和部分鱗莖盤，取樣部位如圖1。每個處理3個重復(fù)，同時取樣2份。有無乙烯處理的最外側(cè)芽(lateral bud)分別標記為EL和L。所有樣品液氮速凍后裝入塑料袋內(nèi)，存于–80 ℃冰箱備用。

圖1 水仙鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽取樣部位

1.2 石蠟切片觀察

7月15和30日分別取最外側(cè)芽，分別標記為L0715、L0730和EL0730。參考方舟[6]的方法制作石蠟切片, 對頂端生長點組織進行縱切面切片和電鏡觀察。

1.3 轉(zhuǎn)錄組、代謝組測序及數(shù)據(jù)分析

委托廣東基迪奧生物技術(shù)有限公司進行轉(zhuǎn)錄組測序和液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析代謝物。運用生物信息學(xué)技術(shù)和方法，對測序數(shù)據(jù)進行前期處理、序列比對、基因及基因組的注釋、基因表達分析等。運用Analyst1.6.3及Mutiaquant軟件分析代謝物質(zhì)譜數(shù)據(jù)，利用廣東基迪奧生物技術(shù)有限公司自建的代謝物數(shù)據(jù)庫定性代謝物。以錯誤發(fā)現(xiàn)率(false discovery rate, FDR)<0.05且兩樣品(組)間表達量的比值(fold change, FC)以2為底的對數(shù)值的絕對值(|log2FC|)>1為標準篩選轉(zhuǎn)錄組的差異表達基因(differrentially expressed gene, DEG)，以O(shè)PLS-DA中VIP≥1且|log2FC|>0.5為標準篩選代謝組的差異表達代謝物(differentially expressed metabolites, DEM)。

1.4 qRT-PCR分析

選擇9個側(cè)芽差異表達基因(表1)，以基因(Unigene0067272)作為內(nèi)參，采用qRT-PCR檢測基因表達水平，3次生物學(xué)重復(fù)，這些差異基因的表達譜與RNA-Seq結(jié)果進行比較分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 乙烯處理對水仙成花的影響

水仙花芽分化時間與品種特性有關(guān)，也受外界環(huán)境氣候條件影響。漳州花農(nóng)通常在7月15—30日(大暑節(jié)氣前后1周)對水仙進行催花處理。對水仙鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽縱切面觀察(圖2)，7月15日,最外側(cè)芽(L0715)的頂端分生組織呈圓丘狀，處于營養(yǎng)生長時期；7月30日，沒有經(jīng)過乙烯處理的最外側(cè)芽(L0730)仍處于營養(yǎng)生長時期，而經(jīng)過乙烯處理的最外側(cè)芽(EL0730)的頂端分生組織已經(jīng)形成凹凸面，進入花序原基形成期，這是營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化的標志[7], 說明外源乙烯可誘導(dǎo)水仙鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽的成花啟動。

表1 qRT-PCR分析的9個基因和引物

圖2 水仙鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽縱切面。L0715: 7月15日無乙烯處理; L0730: 7月30日無乙烯處理，EL0730: 7月30日乙烯處理。

2.2 代謝組分析

根據(jù)公共數(shù)據(jù)庫與基迪奧生物公司自建數(shù)據(jù)庫對代謝物進行定性和鑒定，得到184個代謝物,包括99個已知和85個未知。已知代謝物主要包含16個羧酸和衍生物(carboxylic acid and derivative)、14個脂肪?；?fatty acyl)、13個苯和取代衍生物(benzene and substituted derivative)、11個有機氧化合物(organooxygen compound)、7個小肽(mini pep- tide)、4個孕烯醇酮脂類(prenol lipid)、3個吲哚類和衍生品(indoles and derivative)、3個有機氮化合物(organonitrogen compound)、3個菲類和衍生品(phe- nanthrene and derivative)、3個嘧啶核苷酸(pyrimi- dine nucleotides)等。共有62個代謝物被注釋到63代謝通路中，主要富集在氨基酸代謝、碳水化合物代謝、脂質(zhì)代謝、其他次生代謝物生物合成和膜轉(zhuǎn)運。

LvsEL組間共檢測到12個DEM (表2)，其中, (±)7-表茉莉酸、多巴胺、十八碳三烯酸、前列腺素、甘油磷酰膽堿、13-l-過氧氫亞油酸、亞精胺等7個代謝物上調(diào)表達；苯丙氨酸、吲哚及其衍生物等4個代謝物下調(diào)表達。有5個DEM注釋到15個代謝通路, 主要富集在甜菜素生物合成、甘油磷脂新陳代謝、色氨酸的生物合成、亞油酸的新陳代謝、苯丙素的生物合成等通道。LvsEL組間，(±)7-表茉莉酸上調(diào)表達(FC 為21.93)，乙烯處理的最外側(cè)芽(EL)中的含量遠大于無乙烯處理的最外側(cè)芽(L)；多巴胺上調(diào)表達(FC為1.49)，4個吲哚及其衍生物表達下調(diào)(FC為–0.79～ 0.86)；亞精胺(FC為0.65)上調(diào)表達。

表2 差異代謝物

2.3 轉(zhuǎn)錄組分析

測序數(shù)據(jù)經(jīng)質(zhì)量控制和序列拼接組裝，共獲得116 715條Unigenes，平均序列長度為776 bp，GC含量41.89%，N50數(shù)量為20 219，N50長度1 219 bp，說明組裝質(zhì)量好。利用數(shù)據(jù)庫對Unigenes進行注釋，在Nr數(shù)據(jù)庫注釋到49 753個，在KEGG數(shù)據(jù)庫注釋到43 936個，在COG數(shù)據(jù)庫注釋到25 014個，在Swissprot數(shù)據(jù)庫注釋到26 661個，共注釋到了49 949個Unigenes，占42.80%。

LvsEL差異表達基因在GO數(shù)據(jù)庫中得到注釋的共有1 021個Unigenes, 其中, 615個上調(diào), 406個下調(diào)。對這些基因進行GO功能分類，可以分成3大類：細胞組分(cellular component)、分子功能(mole- cular function)和生物過程(biological process) (表3)。在細胞組分中，差異基因參與最多的是細胞(cell)、細胞區(qū)域(cell part)和細胞膜(membrane)，分別有39、39和38個，占差異基因數(shù)的62.9%、62.9%和61.29%。在分子功能中，差異基因參與最多的是催化活動(catalytic activity)、蛋白結(jié)合(binding)和轉(zhuǎn)運活性(transporter activity)，分別有93、55和9個，分別占差異基因數(shù)的77.5%、45.83%和7.5%。生物過程方面，差異基因主要集中在代謝過程(metabolic process)、單生物過程(single-organism process)和細胞過程(cellular process)，分別有90、75和71個, 分別占差異基因數(shù)的75.63%、63.03%和59.66%。

差異基因的KEGG通路富集分析表明，LvsEL有170個基因在KEGG數(shù)據(jù)庫中得到注釋，共注釋到77個通路，其中，參與代謝大類(metabolic path-way)、次生代謝物生物合成(Biosynthesis of secon- dary metabolite)的差異基因最多，分別有73個(占42.94%)和43個(占25.29%)。Q<0.05的有6條通路(表4)，分別為植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(plant hormone signal transduction)、植物MAPK信號通路(MAPK signaling pathway-plant)、植物-病原互作(plant- pathogen interaction)、類胡蘿卜素生物合成(carote- noid biosynthesis)、亞油酸的新陳代謝(linoleic acid metabolism)、植物氮代謝(nitrogen metabolism)。其中，在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的差異基因有25個(占14.71%)；在植物MAPK信號通路和植物-病原互作通路中各有20個(各占11.76%)；在類胡蘿卜素生物合成和亞油酸的新陳代謝通路中各有5個(各占2.94%)；在植物氮代謝通路有6個(占3.53%)。此外，在碳代謝(carbon metabolism)和氨基酸合成(biosynthesis of amino acids)通路中各有8個(各占4.71%), 在氨基糖和核苷酸糖代謝通路(amino sugarand nucleotide sugar metabolism)中有7個(占4.12%)?？梢姡琇vsEL差異基因顯著性富集在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、植物MAPK信號通路中。

在沒有基因組信息和缺乏參考序列的情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋結(jié)果，獲得開花相關(guān)的Unigenes有99個(未列出)。從差異表達基因中鑒定和篩選了45個可能與乙烯信號傳導(dǎo)和開花相關(guān)的差異表達基因(表5)，包括植物激素信號傳導(dǎo)相關(guān)基因25個，包括與乙烯相關(guān)的和，與赤霉素相關(guān)的，與脫落酸相關(guān)的、；與生長素相關(guān)的、、，與細胞分裂素相關(guān)的，與茉莉酸相關(guān)的；植物MAPK信號通路相關(guān)基因4個，包括、、和；激素生物合成相關(guān)基因7個，包括乙烯合成的，脫落酸合成的，油菜素類固醇合成的和，細胞分裂素合成的和，赤霉素合成的等；氨基酸、淀粉和糖代謝相關(guān)3個，包括、和；開花相關(guān)的差異基因6個，包括、、、、和。這些DEG有的可能僅僅參與乙烯的基本反應(yīng)，有的直接或間接地參與了水仙的成花誘導(dǎo)和開花調(diào)控。

表3 LvsEL差異基因GO功能分類

表4 LvsEL差異基因KO富集的主要通路

表5 乙烯誘導(dǎo)水仙成花相關(guān)的差異基因

為驗證轉(zhuǎn)錄組測序的準確性和可重復(fù)性，我們選擇LvsEL中9個差異基因進行qRT-PCR，除Uni- gene0064815基因序列的GC含量稍高，導(dǎo)致熔解曲線左側(cè)有小峰外，其余基因的擴增曲線和溶解曲線都正常，內(nèi)參基因在不同樣本中的ct值較穩(wěn)定。驗證的9個基因中，除Unigene0071640外，其余8個基因在qPCR比較組中的表達趨勢與轉(zhuǎn)錄組中表達趨勢一致(圖3)，qPCR驗證率接近90%以上, 說明RNA-Seq結(jié)果是可靠的。

圖3 qRT-PCR和RNA-Seq分析部分差異表達基因的相對表達量。L: 無C2H4處理; EL: C2H4處理。

3 結(jié)論和討論

營養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)源激素含量在成花誘導(dǎo)和形成中起著重要作用[8]。代謝組分析表明，外源乙烯處理使12個代謝物出現(xiàn)差異表達，其中，7個代謝物上調(diào)表達，5個下調(diào)表達。外源乙烯處理顯著促進了水仙外側(cè)芽中(±)7-表茉莉酸的合成。已有研究報道，內(nèi)源茉莉酸參與紫萍()的開花調(diào)控[9]，茉莉酸類物質(zhì)在水稻()穎花誘導(dǎo)和發(fā)育中起著重要作用[10]。外源乙烯處理也促進了多巴胺和亞精胺的合成。多巴胺是能誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的花原基和顯著促進花的發(fā)育[11]，亞精胺可誘導(dǎo)煙草薄層外植體的營養(yǎng)芽成花[12]。同時，外源乙烯處理顯著地促進十八碳三烯酸、前列腺素、甘油磷酰膽堿、亞油酸等營養(yǎng)活性物質(zhì)的上調(diào)表達。這4種代謝物都是細胞膜的主要成分，還參與細胞膜對蛋白質(zhì)的識別和信號傳導(dǎo)。此外，外源乙烯處理顯著地降低了吲哚及其衍生物的水平。外源乙烯處理降低內(nèi)源激素吲哚-3-乙酸(IAA)的水平，有利于菠蘿()的花芽分化[13]，由吲哚類化合物組成的生長素(auxin)參與植物生長和發(fā)育諸多過程[14]。外源乙烯誘導(dǎo)水仙成花可能與這些內(nèi)源激素和營養(yǎng)物質(zhì)的差異表達有關(guān)。轉(zhuǎn)錄組分析還表明，外源乙烯處理，導(dǎo)致7個內(nèi)源激素生物合成相關(guān)的酶基因(、、、、、和)以及3個營養(yǎng)物質(zhì)合成酶基因(和)出現(xiàn)表達差異，可以進一步利用靶向代謝組技術(shù)進行準確定量和分析。

從石蠟切片觀察到，外源乙烯處理可誘導(dǎo)水仙鱗莖母球內(nèi)部自然不能成花的最外側(cè)芽從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變，佐證了常規(guī)花農(nóng)催花的科學(xué)性。LvsEL差異基因KEGG通路富集分析表明，外源乙烯處理，差異表達基因主要富集在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，涉及乙烯、赤霉素、生長素、細胞分裂素、脫落酸、茉莉酸等共25個基因。乙烯、赤霉素、生長素、脫落酸、茉莉酸等植物激素參與開花調(diào)控[15]，說明外源乙烯通過激活水仙鱗莖內(nèi)部信號通路，從而調(diào)控水仙最外側(cè)芽從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變。乙烯是植物的5大類內(nèi)源激素之一, 外源乙烯處理引起植物內(nèi)源乙烯含量的增加[16]，內(nèi)源乙烯參與擬南芥()、鳳梨()從營養(yǎng)生長到生殖生長的過程[17–18]。本研究轉(zhuǎn)錄組分析表明，外源乙烯處理，乙烯生物合成關(guān)鍵酶基因上調(diào)表達，這與前人[19]對擬南芥、蝴蝶蘭()、青花菜()的研究結(jié)果一致。據(jù)報道，水仙過表達轉(zhuǎn)基因煙草()與野生型相比縮短了營養(yǎng)生長期，開花較早[20]。同時, 外源乙烯處理，2個基因上調(diào)表達。在乙烯信號通路中起決定性作用，也承擔(dān)了乙烯和其他信號交流互作的任務(wù)[21]。據(jù)報道，水仙基因具有正調(diào)控乙烯響應(yīng)的功能[22]，可能在乙烯誘導(dǎo)鳳梨開花中起重要作用[23]。乙烯與生長素、光、赤霉素、茉莉酸、水楊酸、細胞分裂素、葡萄糖等途徑存在著廣泛的交叉反應(yīng)，共同參與了調(diào)控植物的生長發(fā)育和應(yīng)對生物、非生物脅迫等過程[24]。本研究由于檢測方法的原因沒能檢測到乙烯成分, 但水仙最外側(cè)芽能夠成花最終是受到乙烯所調(diào)控, 因此推測，外源乙烯誘導(dǎo)水仙成花可能與內(nèi)源乙烯信號傳導(dǎo)關(guān)聯(lián)密切。

模式植物開花有光周期、溫敏、春化、自主、赤霉素、抑制和年齡等7個遺傳通路參與調(diào)控[25]。本研究結(jié)果表明，外源乙烯處理影響和等6個開花相關(guān)基因的表達，其中涉及赤霉素途徑的開花抑制基因下調(diào)表達，DELLA蛋白降解可以促進擬南芥開花[26]；涉及抑制途徑的開花抑制基因上調(diào)表達。據(jù)報道，在營養(yǎng)生長階段，基因低水平表達會延遲開花的轉(zhuǎn)變，但在花序分生組織(IM)中，基因高水平表達可以維持IM的特性[27]; 涉及光周期途徑的上調(diào)表達，屬于AP2/ ERF轉(zhuǎn)錄調(diào)控家族中的亞族, 可能調(diào)節(jié)光敏色素(PHY)的表達[28]，參與花器官發(fā)育的起始和生長[29]；涉及春化途徑的春化獨立蛋白基因上調(diào)表達,在花序分生組織中高表達，有利于花序莖的數(shù)量增加和簇生[30]。總體來說，外源乙烯處理能影響一些開花途徑相關(guān)基因的表達，但在這個階段并未表達，而開花整合子基因(Unigene0007988, FC為–0.06; Unigene 0013465, FC為–0.457)(Unigene0050424，F(xiàn)C為0.425)(20個Unigenes注釋為基因，其中10個上調(diào)表達、10個下調(diào)表達)在處理間并沒有顯著差異。因此推測，乙烯誘導(dǎo)水仙成花啟動可能并不通過已知開花調(diào)控途徑中的任何一條。這與叢漢卿[31]對乙烯誘導(dǎo)鳳梨開花的研究結(jié)果基本相同。

值得重點關(guān)注的是，本研究結(jié)果表明，外源乙烯處理導(dǎo)致1個開花促進基因和1個開花識別基因的大量上調(diào)表達。據(jù)報道，參與赤霉素信號途徑中調(diào)控開花，組成性表達導(dǎo)致擬南芥幼年期縮短提前開花[32]，基因可能通過調(diào)節(jié)頂端分生組織對開花識別基因的反應(yīng)能力來控制開花時間[33]。擬南芥、水稻、煙草、和棉花(spp.)等多種植物的研究表明正調(diào)控開花時間[34]，但目前其調(diào)控開花時間的信號途徑并不清楚。而水仙的與擬南芥的為同源基因,是開花啟動的標志基因, 處于成花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵位置[35]。過量表達使植物呈現(xiàn)早熟表型和提前開花[36]，推測乙烯誘導(dǎo)水仙成花啟動可能與基因和基因的上調(diào)表達密切相關(guān)。

綜上所述，本研究結(jié)果表明外源乙烯可以誘導(dǎo)3 a生水仙鱗莖母球內(nèi)部最外側(cè)芽成花啟動，佐證了花農(nóng)常規(guī)以最外側(cè)芽是否被誘導(dǎo)成花來判斷催花成敗的科學(xué)性。利用代謝組和轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，探討了外源乙烯促進水仙成花的原因。代謝組分析表明有12個代謝物出現(xiàn)差異表達，其中，(±)7-表茉莉酸、多巴胺、亞精胺可能與乙烯誘導(dǎo)水仙成花正相關(guān)，而吲哚及其衍生物呈負相關(guān)。轉(zhuǎn)錄組鑒定和篩選了45個與乙烯信號傳導(dǎo)和開花相關(guān)的差異表達基因，乙烯誘導(dǎo)水仙成花啟動可能先激活水仙鱗莖內(nèi)源植物激素(尤其乙烯)信號通路的變化，與開花促進基因和的上調(diào)表達密切相關(guān)。這些差異代謝物和差異基因在外源乙烯誘導(dǎo)水仙成花啟動的具體作用仍需進一步研究和驗證。

[1] YE J B. A study on mechanisms and application ofvar.Roem’s flower forcing technique [J]. Chin Hort Abstr, 2009, 25(7): 26–28. doi: 10.3969/j.issn.1672-0873.2009.07.012.

葉季波. 中國水仙鱗莖催花技術(shù)機理及應(yīng)用研究[J]. 中國園藝文摘, 2009, 25(7): 26–28. doi: 10.3969/j.issn.1672-0873.2009.07.012.

[2] Chen X L, Lu M Y. Progress of studies on application of ethrel in plant flower-formation regulation [J]. Guangxi Agric Sci, 2005, 36(2): 110–112. doi: 10.3969/j.issn.2095-1191.2005.02.008.

陳香玲, 盧美英. 乙烯利在植物成花方面的應(yīng)用及研究進展[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 36(2): 110–112. doi: 10.3969/j.issn.2095-1191. 2005.02.008.

[3] ZHANG J D. Study on chemical regulation ofblooms [J]. J Zhangzhou Teach Coll, 1995, 9(4): 112–112.

章駿德. 水仙化控的增花研究[J]. 漳州師范學(xué)院學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版), 1995, 9(4): 112–115.

[4] IMANISHI H. Effects of exposure of bulbs to smoke and ethylene on flowering ofcultivar ‘Grand Soleil d’Or’ [J]. Sci Hort, 1983, 21(2): 173–180.

[5] SHEN Y H, JIANG T, ZHAO W W, et al. Study on technology and mechanism of ethylene treatment promotes the formation of more flowers ofvar.[J]. J Agric Biotechnol, 2019, 27(6): 1003–1015. doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2019.06.006.

申艷紅, 姜濤, 趙灣灣, 等. 乙烯處理水仙催多花技術(shù)和機理的研究[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報, 2019, 27(6): 1003–1015. doi: 10.3969/j. issn.1674-7968.2019.06.006.

[6] FANG Z. Morphological study on flower bud differentiation ofL. var.Roen [D]. Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University, 2017: 11–13.

方舟. 水仙‘金玉’花芽分化研究[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學(xué), 2017: 11–13.

[7] ZHANG X Q, GAO J, PENG Z H. Morphological observation on flower bud differentiation and influences of storage conditions on the quantity of flower buds ofvar.[J]. Bull Bot Res, 2012, 32(5): 549–553.

張曉晴, 高健, 彭鎮(zhèn)華. 中國水仙花芽分化觀察及儲藏條件對花芽數(shù)的影響研究[J]. 植物研究, 2012, 32(5): 549–553.

[8] LI X L, YUAN Z Y, GAO D S. The research achievements on mecha- nism of floral formation in plants [J]. Acta Bot Boreali-Occid Sin, 2002, 22(1): 173–183. doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.2002.01.031.

李憲利, 袁志友, 高東升. 高等植物成花分子機理研究現(xiàn)狀及展望[J]. 西北植物學(xué)報, 2002, 22(1): 173–183. doi: 10.3321/j.issn:1000- 4025.2002.01.031.

[9] KRAJN?I? B, NEMEC J. The effect of jasmonic acid on flowering in(L.) Schleiden [J]. J Plant Physiol, 1995, 146(5/6): 754–756. doi: 10.1016/S0176-1617(11)81945-0.

[10] HUANG Y M, ZENG X C. Induction effect of jasmonic acid (JA) related compounds on floret opening in rice [J]. Hubei Agric Sci, 2008, 47(10): 1125–1127. doi: 10.3969/j.issn.0439-8114.2008.10.008.

黃友明, 曾曉春. 茉莉酸相關(guān)化合物對水稻穎花開放的誘導(dǎo)效應(yīng)[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 47(10): 1125–1127. doi: 10.3969/j.issn.0439- 8114.2008.10.008.

[11] KHURANA J P, TAMOT B K, MAHESHWARI N, et al. Role of cate- cholamines in promotion of flowering in a short-day duckweed,6746 [J]. Plant Physiol, 1987, 85(1): 10–12.

[12] KAUR-SAWHNEY R, TIBURCIO A F, GALSTON A W. Spermidine and flower-bud differentiation in thin-layer explants of tobacco [J]. Planta, 1988, 173(2): 282–284. doi: 10.1007/BF00403022.

[13] LIU S H, ZANG X P, ZHANG X M, et al. Changes of endogenous hormone levels during the inflorescence differentiation in pineapple (Smooth Cayenne. cv) [J]. Chin J Trop Crops, 2010, 31(9): 1487–1492. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2010.09.010.

劉勝輝, 臧小平, 張秀梅, 等. 乙烯利誘導(dǎo)菠蘿[(L.) Merril]花芽分化過程與內(nèi)源激素的關(guān)系[J]. 熱帶作物學(xué)報, 2010, 31(9): 1487–1492. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2010.09.010.

[14] ZHANG J. Review on Auxin signal transduction pathway and biolo- gical functions [J]. Life Sci Res, 2009, 13(3): 272–277. doi: 10.16605/ j.cnki.1007-7847.2009.03.011.

張娟. 生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及參與的生物學(xué)功能研究進展[J]. 生命科學(xué)研究, 2009, 13(3): 272–277. doi: 10.16605/j.cnki.1007-7847. 2009.03.011.

[15] ZHOU L P, PAN C, WANG M X, et al. Progress on the mechanism of hormones regulating plant flower formation [J]. Hereditas, 2020, 42(8): 739–751. doi: 10.16288/j.yczz.20-014.

鄒禮平, 潘鋮, 王夢馨, 等. 激素調(diào)控植物成花機理研究進展[J]. 遺傳, 2020, 42(8): 739–751. doi: 10.16288/j.yczz.20-014.

[16] KE D S, WANG A G, LUO G H. The effect of activated oxygen during the production of endogenous ethylene induced by exogenous ethylene [J]. Acta Phytophysiol Sin, 1997, 23(1): 67–72.

柯德森, 王愛國, 羅廣華. 活性氧在外源乙烯誘導(dǎo)內(nèi)源乙烯產(chǎn)生過程中的作用[J]. 植物生理學(xué)報, 1997, 23(1): 67–72.

[17] OGAWARA T, HIGASHI K, KAMADA H, et al. Ethylene advances the transition from vegetative growth to flowering in[J]. J Plant Physiol, 2003, 160(11): 1335–1340. doi: 10.1078/ 0176-1617-01129.

[18] DUKOVSKI D, BERNATZKY R, HAN S S. Flowering induction ofby ethylene [J]. Sci Hort, 2006, 110(1): 104–108. doi: 10. 1016/j.scienta.2006.05.004.

[19] POGSON B J, DOWNS C G, DAVIES K M. Differential expression of two 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase genes in broccoli after harvest [J]. Plant Physiol, 1995, 108(2): 651–657. doi: 10.1104/pp. 108.2.651.

[20] SUN S S, WEN X P, YANG F Y, et al. Cloning of ACC oxidase gene fromvar. ‘Yunxiang’ and its transformation [J]. Acta Hort Sin, 2017, 44(7): 1388–1396. doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2016- 0884.

孫申申, 溫秀萍, 楊菲穎, 等. ‘云香’水仙ACC氧化酶基因克隆及遺傳轉(zhuǎn)化[J]. 園藝學(xué)報, 2017, 44(7): 1388–1396. doi: 10.16420/j. issn.0513-353x.2016-0884.

[21] DOLGIKH V A, PUKHOVAYA E M, ZEMLYANSKAYA E V. Shaping ethylene response: The role of EIN3/EIL1 transcription factors [J]. Front Plant Sci, 2019, 10: 1030. doi: 10.3389/fpls.2019.01030.

[22] XU J. Functional study of NFT1 and NEIN3 genes related to dormancy regulation invar.[D]. Shanghai: East China Normal University, 2013: 63–65.

許靜. 中國水仙休眠調(diào)控相關(guān)基因和的功能研究[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2013: 63–65.

[23] LI Z Y, ZHANG X Q, ZHANG K, et al. Cloning and expressing analysisofin[J]. Mol Plant Breed, 2015, 13(1): 139–144.

李志英, 張學(xué)全, 張鯤, 等. 蜻蜓鳳梨中的克隆及其表達特性分析[J]. 分子植物育種, 2015, 13(1): 139–144.

[24] AN F Y, GUO H W. Molecular mechanism of ethylene signal trans- duction [J]. Chin Bull Bot, 2006, 23(5): 531–542. doi: 10.3969/j.issn. 1674-3466.2006.05.009.

安豐英, 郭紅衛(wèi). 乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機制[J]. 植物學(xué)通報, 2006, 23(5): 531–542. doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2006.05.009.

[25] SONG Y, DOU L D, ZHANG H J. Molecular and genetic mechanisms of control of floral induction in higher plants [J]. Plant Physiol J, 2014, 50(10): 1459–1468. doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0270.

宋楊, 竇連登, 張紅軍. 高等植物成花誘導(dǎo)調(diào)控的分子和遺傳機制[J]. 植物生理學(xué)報, 2014, 50(10): 1459–1468. doi: 10.13592/j.cnki.ppj. 2014.0270.

[26] BAO S J, HUA C M, SHEN L S, et al. New insights into gibberellin signaling in regulating flowering in[J]. J Integr Plant Biol, 2020, 62(1): 118–131. doi: 10.1111/jipb.12892.

[27] WANG L N, LIU Q L. Phylogenetic tree and function analysis of inflorescence meristem identity gene[J]. China Biotechnol, 2008, 28(1): 106–112. doi: 10.3969/j.issn.1671-8135.2008.01.019.

王麗娜, 劉青林. 花序分生組織特性基因的系統(tǒng)發(fā)育及其功能分析[J]. 中國生物工程雜志, 2008, 28(1): 106–112. doi: 10.3969/j. issn.1671-8135.2008.01.019.

[28] KARLBERG A, BAKO L, BHALERAO R P. Short day-mediated cessation of growth requires the downregulation of AINTEGUMEN- TALIKE1 transcription factor in hybrid aspen [J]. PLoS Genet, 2011, 7(11): e1002361. doi: 10.1371/journal.pgen.1002361.

[29] MUDUNKOTHGE J S, KRIZEK B A. Threegenes act in combination to regulate shoot apical meristem function [J]. Plant J, 2012, 71(1): 108–121. doi: 10.1111/j.1365-313X.2012.04975.x.

[30] TAKAGI N, UEGUCHI C. Enhancement of meristem formation by, a mis-sense allele of thegene encoding a WD40 repeat protein in[J]. Genes Cells, 2012, 17(12): 982–993. doi: 10.1111/gtc.12014.

[31] CONG H Q. Expression characterization of flowering related genes after ethylene treatment inand preliminary study on molecular mechanism of flower induction [D]. Haikou: Hainan University, 2012: 87–92.

叢漢卿. 乙烯誘導(dǎo)蜻蜓鳳梨開花相關(guān)基因表達分析及其催花分子機制的初步研究[D]. ?？? 海南大學(xué), 2012: 87–92.

[32] KANIA T, RUSSENBERGER D, PENG S, et al. Fpf1 promotes flowering in[J]. Plant Cell, 1997, 9(8): 1327–1338. doi: 10.1105/tpc.9.8.1327.

[33] MELZER S, KAMPMANN G, CHANDLER J, et al.modulates the competence to flowering in[J]. Plant J, 1999, 18(4): 395–405. doi: 10.1046/j.1365-313X.1999.00461.x.

[34] WANG X Y, FAN S L, SONG M Z, et al. Upland cotton geneconfers promotion of flowering time and shade-avoidance responses in[J]. PLoS ONE, 2014, 9(3): e91869. doi: 10. 1371/journal.pone.0091869.

[35] MANDEL M A, GUSTAFSON-BROWN C, SAVIDGE B, et al. Molecular characterization of thefloral homeotic gene[J]. Nature, 1992, 360(6401): 273–277. doi: 10.1038/360 273a0.

[36] LU S J, WEI H, WANG Y, et al. Overexpression of a transcription factor OsMADS15 modifies plant architecture and flowering time in rice (L.) [J]. Plant Mol Biol Rep, 2012, 30(6): 1461–1469. doi: 10.1007/s11105-012-0468-9.

Screening of Metabolites and Genes Related to Floral Formation of Chinese Narcissus Induced by Ethylene

HE Yansen, LI Ruimei, LI Heping

(Institute of Subtropical Agriculture, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Zhangzhou 363005, Fujian, China)

In order to understand the mechanism of the narcissus (var.) floral induction, the differentially expressed metabolites and genes were screened from the outermost buds treated with exogenous ethylene by using metabolome and transcriptome sequencing techniques. The results showed that 12 differentially expressed metabolites (DEMs) were detected, including 7 up-regulated and 5 down-regulated DEMs. Among them, (±) 7-epigenJasmonic acid, dopamine and spermidine might be positively correlated with narcissus floral induction, while indole and its derivatives were negatively correlated. A total of 1 021 differentially expressed genes (DEGs) were identified in the transcriptome, including 615 up-regulated and 406 down-regulated DEGs. Forty-five differentially expressed genes related to ethylene signal transduction and flowering were identified in the DEGs. The changes of endogenous plant hormone (especially ethylene) signaling pathway in narcissus bulbs were activated firstly by exogenous ethylene, and the floral induction of narcissusexogenous ethylene was closely related to the up-regulated expression ofand. Nine genes correlated with flowering were verified by qRT-PCR analysis and the expression profiles were consistent with the RNA-Seq results. Therefore, these DEMs and DEGs might have vital function on the narcissus floral induction, which might play an important role in the floral formation of narcissus induced exogenous ethylene.

; Ethylene; Floral induction; Transcriptome; Metabolite; Gene expression

10.11926/jtsb.4441

2021-05-08

2021-07-05

福建省漳州市科技重大專項(ZZ2019ZD03); 福建省公益類科研院所專項(2020R1030002)資助

This work was supported by the Major Project for Science and Technology in Zhangzhou City, Fujian (Grant No. ZZ2019ZD03); and the Special Project for Public Welfare Research Institutes in Fujian (Grant No. 2020R1030002).

何炎森(1968～ )，男，博士，副研究員，主要從事觀賞植物栽培和遺傳育種研究。E-mail: 1907750591@qq.com

. E-mail: 1907750591@qq.com