李必元，趙彥婷，岳智臣，雷娟利，胡齊贊，陶鵬

研究報(bào)告

甘藍(lán)DELLA基因家族鑒定及其mRNA在嫁接體中的運(yùn)輸分析

李必元，趙彥婷，岳智臣，雷娟利，胡齊贊，陶鵬

浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，杭州 310021

DELLA基因家族參與植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控，其中()mRNA還是植物體內(nèi)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)男盘?hào)分子。在全基因組范圍內(nèi)鑒定甘藍(lán)(var.) DELLA基因家族成員并分析mRNA運(yùn)輸特性，可為甘藍(lán)DELLA基因家族的開發(fā)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究利用甘藍(lán)基因組數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，在甘藍(lán)中鑒定了5個(gè)DELLA基因家族成員(、、、和)，但甘藍(lán)基因組缺失了基因。采用劈接法將甘藍(lán)(自交系G27)接穗和菜心(L. ssp.var.Tsen et Lee)(四九菜心)砧木嫁接在一起，構(gòu)建異源嫁接體。對(duì)砧木菜心花序軸和對(duì)應(yīng)位置的實(shí)生苗菜心花序軸(對(duì)照)取樣進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體的砧木菜心花序軸的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)中分別鑒定到8、9、3、5、1個(gè)來自甘藍(lán)、、、和的外源read。甘藍(lán)DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸并沒有提高砧木菜心中DELLA家族基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平。相關(guān)性分析顯示，甘藍(lán)DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸效率與其自身的序列和接穗甘藍(lán)中的DELLA家族基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平相關(guān)。本研究為深入探究甘藍(lán)DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

甘藍(lán)；菜心；嫁接；DELLA基因；mRNA運(yùn)輸

植物的生長(zhǎng)發(fā)育受到多種內(nèi)源、外源激素和外部環(huán)境的影響，而DELLA蛋白是多種激素信號(hào)和環(huán)境信號(hào)的主要整合者。因其蛋白N端含有高度保守的DELLA基序，而被命名為DELLA基因家族[1,2]。DELLA和VHYNP基序控制DELLA蛋白與GA-insensitive dwarf 1 (GID1)的結(jié)合能力以及DELLA蛋白的水解[3]。DELLA蛋白的C端有一個(gè)保守的GRAS功能結(jié)構(gòu)域，具有調(diào)控DELLA蛋白活性的功能。DELLA蛋白可與ABA INSENSITIVE 3 (ABI3)、ABI5、AUXIN RESPONSE FACTOR 6、PHYTOCHROME INTERACTING FACTORs等轉(zhuǎn)錄因子相互作用，參與調(diào)控多種植物激素的信號(hào)通路[4,5]。多種植物的DELLA 基因家族成員已被鑒定，如模式植物擬南芥DELLA基因家族包含()、()、()、()和()共5個(gè)成員[6,7]。DELLA家族基因參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆響應(yīng)等；此外，通過基因工程手段改造DELLA家族基因，在多個(gè)經(jīng)濟(jì)作物中實(shí)現(xiàn)了植株矮化和產(chǎn)量提高[8]。

DELLA基因家族成員mRNA是長(zhǎng)距離運(yùn)輸信號(hào)，可在植物體中進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，并調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育[9]。嫁接是一種人工營(yíng)養(yǎng)繁殖技術(shù)，可用于分析接穗和砧木之間的物質(zhì)運(yùn)輸[10,11]，為研究DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸提供了技術(shù)支撐。通過構(gòu)建嫁接體，發(fā)現(xiàn)茶海棠(Redh. var. pingyiensis)mRNA可在嫁接體中進(jìn)行運(yùn)輸[12]。mRNA可以從伴細(xì)胞移動(dòng)到篩管中，并且其翻譯的蛋白產(chǎn)物保留在其運(yùn)輸位置[13]。研究還發(fā)現(xiàn)擬南芥()mRNA的編碼序列和3′UTR的特定基序和序列介導(dǎo)了mRNA在嫁接體中的長(zhǎng)距離運(yùn)輸[14]。結(jié)球甘藍(lán)(下文均簡(jiǎn)稱甘藍(lán))是十字花科蕓薹屬甘藍(lán)種中的一個(gè)變種，在我國(guó)蔬菜出口貿(mào)易以及周年供應(yīng)中占有極其重要的地位。當(dāng)前，對(duì)甘藍(lán)DELLA基因家族成員及其mRNA運(yùn)輸特性并不清楚，影響了甘藍(lán)品種改良的應(yīng)用。目前，菜心DELLA基因家族成員已被鑒定[15]，為利用甘藍(lán)/菜心異源嫁接體研究甘藍(lán)DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究在甘藍(lán)全基因組范圍內(nèi)鑒定了5個(gè)DELLA基因家族成員；通過構(gòu)建甘藍(lán)/菜心異源嫁接體，發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)DELLA家族5個(gè)基因的mRNA均可從接穗運(yùn)輸?shù)秸枘静诵闹?，并比較分析了它們的運(yùn)輸效率。本研究為后期開展甘藍(lán)DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸分子機(jī)制研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 嫁接體的構(gòu)建和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

2016年8月下旬在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玻璃溫室中(經(jīng)度120.2°，緯度30.3°)播種四九菜心，一周后播種甘藍(lán)G27，生長(zhǎng)40 d后，采用劈接法將甘藍(lán)G27的莖尖(營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段)分別嫁接到甘藍(lán)G27的莖(營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段)和四九菜心花序軸(生殖生長(zhǎng)階段)上，構(gòu)建甘藍(lán)/甘藍(lán)同源嫁接體和甘藍(lán)/菜心異源嫁接體。另外，保留一部分菜心實(shí)生苗作為對(duì)照。嫁接生長(zhǎng)30 d后，接穗甘藍(lán)為蓮座狀，而砧木菜心和實(shí)生苗菜心均為抽薹開花狀態(tài)。取甘藍(lán)/菜心嫁接的砧木菜心花序軸和相同位置的菜心實(shí)生苗的花序軸進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序；在甘藍(lán)/甘藍(lán)同源嫁接體生長(zhǎng)30 d后，在接穗上取長(zhǎng)約2 cm的甘藍(lán)莖尖進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，為后續(xù)的DELLA基因家族成員mRNA運(yùn)輸效率與其在接穗中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量之間的相關(guān)性分析提供數(shù)據(jù)。上述樣品均取樣3次作為生物學(xué)重復(fù)。由北京百邁客公司完成RNA提取，通過Nanodrop檢測(cè)RNA的純度和Agilent 2100檢測(cè)RNA的完整性。構(gòu)建文庫(kù)后，使用Qubit2.0進(jìn)行初步定量，使用Agilent 2100對(duì)文庫(kù)的插入片段大小進(jìn)行檢測(cè)。使用qPCR方法對(duì)文庫(kù)的有效濃度進(jìn)行準(zhǔn)確定量(文庫(kù)有效濃度> 2 nmol/L)，完成庫(kù)檢。庫(kù)檢合格后，不同文庫(kù)按照目標(biāo)下機(jī)數(shù)據(jù)量進(jìn)行建池，在Illumina HiSeq平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的read長(zhǎng)為150 bp。甘藍(lán)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)參考Braol JZS V 2.0基因組，菜心的數(shù)據(jù)參考Brara Chiifu V 1.5基因組分別進(jìn)行序列比對(duì)，基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平基于FPKM算法獲得。

1.2 甘藍(lán)DELLA基因家族成員鑒定

使用擬南芥DELLA基因家族成員(、、、和)的序列[6,7]，在甘藍(lán)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)(Braol JZS V 2.0) (http://brassicadb.cn/#/)進(jìn)行BLASTn檢索(檢索覆蓋率>95%、序列一致率>75%)，在甘藍(lán)全基因組中鑒定DELLA基因家族成員。基于擬南芥中的同源基因，分別命名為、、、和。使用ProtParam tool (https://web.expasy.org/protparam/)分析甘藍(lán)DELLA家族蛋白的氨基酸數(shù)量、分子量和等電點(diǎn)(pI)。參考甘藍(lán)DELLA基因家族成員的序列，利用甘藍(lán)/甘藍(lán)嫁接體的接穗甘藍(lán)莖尖的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)中的reads，拼接獲得甘藍(lán)G27的DELLA基因家族成員的編碼序列和3′UTR序列。參考白菜DELLA基因的序列，利用菜心實(shí)生苗花序軸的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)中的reads，拼接獲得四九菜心的DELLA基因家族成員的編碼序列和3′UTR。

1.3 DELLA基因家族系統(tǒng)進(jìn)化分析

使用擬南芥DELLA基因家族在Ensembl Plants(http://plants.ensembl.org/)檢索可獲得動(dòng)物、真菌以及植物中DELLA基因家族成員的獲得和丟失情況，了解DELLA的進(jìn)化歷程。下載十字花科植物DELLA基因的編碼序列，使用MEGA7，采用最大似然法(maximum likelihood method，ML) Kimura 2-parameter 模型，Bootstrap值設(shè)置為1000，構(gòu)建ML系統(tǒng)樹。

1.4 mRNA運(yùn)輸分析

使用ClustalX比對(duì)甘藍(lán)DELLA基因和菜心DELLA基因的序列，在甘藍(lán)每個(gè)DELLA基因的編碼區(qū)上篩選3段長(zhǎng)為28 bp的特異序列作為檢索序列(表1)，使用UltraEdit文本編輯器在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體砧木花序軸的3個(gè)生物學(xué)重復(fù)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)(G1、G2和G3)中過濾獲得外源的甘藍(lán)DELLA基因的read。在菜心實(shí)生苗花序軸的3個(gè)生物學(xué)重復(fù)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)(C1、C2和C3)篩選外源read。對(duì)初步獲得的甘藍(lán)read進(jìn)行驗(yàn)證，排除重復(fù)的read，對(duì)余下的read使用ClustalX進(jìn)行序列比對(duì)。參考文獻(xiàn)[16]，在一條read上存在2個(gè)以上的差異堿基，可認(rèn)定為運(yùn)輸?shù)膔ead。

表1 在菜心轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)中篩選外源甘藍(lán)DELLA基因read的檢索序列

1.5 DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸效率相關(guān)性分析

擬南芥DELLA基因家族成員() mRNA可進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，研究顯示的運(yùn)輸效率與其部分編碼序列和3′UTR序列密切相關(guān)[14]。使用甘藍(lán)DELLA基因家族成員序列分別與擬南芥(998～1771)進(jìn)行序列比對(duì)，計(jì)算它們與(998～1771)序列的一致率。設(shè)置甘藍(lán)DELLA基因家族每個(gè)成員mRNA運(yùn)輸?shù)膔ead數(shù)量作為運(yùn)輸效率，并使用SPSS(V26.0)與上述的序列一致率進(jìn)行雙變量皮爾遜相關(guān)性分析。比較運(yùn)輸效率與甘藍(lán)/甘藍(lán)嫁接體的接穗甘藍(lán)中DELLA家族基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量的雙變量皮爾遜相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘藍(lán)DELLA基因家族鑒定

通過BLAST分析，本研究在甘藍(lán)全基因組范圍內(nèi)鑒定到5個(gè)DELLA基因家族成員，未鑒定到。擬南芥包含1個(gè)基因，甘藍(lán)中存在2個(gè)基因，分別定位于甘藍(lán)的亞基因組LF和MF2中。蕓薹屬植物的祖先在進(jìn)化中發(fā)生過基因組三倍化，但甘藍(lán)DELLA基因家族成員的數(shù)量并未增加。甘藍(lán)DELLA家族蛋白的氨基酸數(shù)量在507～576之間，分子量介于55.8～62.8 kDa，等電點(diǎn)在4.73～5.52之間。甘藍(lán)DELLA家族基因不存在內(nèi)含子(表2)。

2.2 DELLA基因系統(tǒng)進(jìn)化分析

為了解DELLA基因家族的起源與進(jìn)化，本研究分析了DELLA基因家族的分布情況。結(jié)果顯示，動(dòng)物、真菌和藻類植物(紅藻、綠藻和輪藻)中均不存在DELLA基因。DELLA基因廣泛存在于地錢()、小立碗蘚()、江南卷柏()以及開花植物中(圖1)。

表2 甘藍(lán)中DELLA家族基因?qū)?yīng)的同源基因及其蛋白屬性

圖1 DELLA基因在不同物種中的分布

為分析DELLA基因家族在十字花科植物中的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，本文構(gòu)建了ML系統(tǒng)進(jìn)化樹。結(jié)果顯示，不僅在甘藍(lán)中缺失基因，蕓薹屬其他物種(白菜、菜心、芥菜、黑芥以及甘藍(lán)型油菜)均缺失基因。該結(jié)果暗示基因在蕓薹屬祖先中已經(jīng)丟失，定位在LF亞基因組的和MF2亞基因組的是通過進(jìn)化過程中的基因組三倍化形成的。亞麻薺()在進(jìn)化過程中也發(fā)生過三倍化，其每種類型的DELLA基因家族成員的數(shù)量均是擬南芥中對(duì)應(yīng)直系同源基因數(shù)量的3倍。十字花科植物中，基因和基因聚類在同一分支，親緣關(guān)系較近。、和聚類在另一分支，但和之間的親緣關(guān)系更近(圖2)。

2.3 甘藍(lán)和菜心DELLA基因在嫁接體中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析

本研究構(gòu)建了甘藍(lán)/菜心異源嫁接體，并分別對(duì)甘藍(lán)/菜心異源嫁接體的砧木花序軸以及菜心實(shí)生苗的花序軸進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體中，和的表達(dá)量是、、表達(dá)量的6倍以上，的表達(dá)量是、表達(dá)量的8倍以上。、、、在菜心實(shí)生苗花序軸中的表達(dá)量與在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體中菜心花序軸中的表達(dá)量相比，差異不明顯。相比于菜心實(shí)生苗花序軸中的表達(dá)，在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體的花序軸中的表達(dá)量更高(圖3)。

圖2 十字花科植物DELLA基因系統(tǒng)發(fā)育樹

Aa：阿拉伯巖芥；Al：琴葉擬南芥；At：擬南芥；Bc：菜心；Bni：黑芥；Bo：甘藍(lán)；Br：白菜；BjA：芥菜A基因組；BjB：芥菜B基因組；BnA：甘藍(lán)A基因組；BnC：甘藍(lán)C基因組；Si：水蒜芥；Es：鹽芥；Cs：亞麻薺；Cr：薺菜；Sp：條葉鹽芥。

圖3 DELLA基因在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體的菜心花序軸以及菜心實(shí)生苗對(duì)應(yīng)位置的花序軸中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)

2.4 甘藍(lán)DELLA基因在異源嫁接體中的mRNA運(yùn)輸分析

甘藍(lán)和菜心屬于不同的物種，兩者在基因序列上存在差異。通過構(gòu)建甘藍(lán)/菜心異源嫁接體，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，可利用種間差異序列來鑒定長(zhǎng)距離運(yùn)輸及外源的mRNA read (圖4A)。通過比對(duì)甘藍(lán)和菜心的DELLA基因序列，在甘藍(lán)每個(gè)DELLA基因編碼區(qū)內(nèi)選擇了3段特異性序列作為檢索序列(表1)。使用上述的檢索序列在菜心實(shí)生苗花序軸的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)(C1、C2和C3)進(jìn)行篩選，未獲得外源的甘藍(lán)DELLA基因的read，證明了上述檢索序列的可靠性。利用上述驗(yàn)證后的檢索序列在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體的菜心花序軸轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)中(G1、G2和G3)中進(jìn)行檢索，在3個(gè)檢索位點(diǎn)(；)和3個(gè)菜心轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)中(G1、G2和G3；G1、G2和G3)鑒定到分別來自甘藍(lán)和的8、9條read。在2個(gè)檢索位點(diǎn)(和；和)和2個(gè)菜心轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)中(G1和G3；G2和G3)鑒定到分別來自和的3、5條外源read。在位點(diǎn)和G2文庫(kù)中鑒定到來自的1條外源read(圖4B)。上述的每條read長(zhǎng)度為150 bp。每條read與相應(yīng)的菜心和甘藍(lán)的DELLA基因進(jìn)行序列比對(duì)(圖5)，結(jié)果顯示在砧木菜心花序軸中篩選的read在序列上與甘藍(lán)同源，證明了接穗甘藍(lán)中的DELLA基因的mRNA發(fā)生了運(yùn)輸。

圖4 利用異源嫁接體分析DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸

A：甘藍(lán)/菜心異源嫁接體及其轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)示意圖；B：不同檢索序列在菜心花序軸轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)(C1、C2和C3)和在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體的菜心花序軸的轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)(G1、G2和G3)中篩選結(jié)果。

2.5 甘藍(lán)DELLA基因運(yùn)輸效率分析

為系統(tǒng)評(píng)價(jià)DELLA基因家族每個(gè)成員的mRNA運(yùn)輸效率，本研究分析了3個(gè)檢索位點(diǎn)、3個(gè)文庫(kù)的檢測(cè)情況以及運(yùn)輸read的總數(shù)。結(jié)果顯示，和在每個(gè)檢測(cè)位點(diǎn)、每個(gè)文庫(kù)中都能找到外源的和的read。而和只能在部分位點(diǎn)和部分文庫(kù)中找到運(yùn)輸?shù)膔ead。基于檢索位點(diǎn)的覆蓋度、文庫(kù)中重復(fù)性以及運(yùn)輸read的總數(shù)，顯示和的mRNA運(yùn)輸效率最高。

研究顯示擬南芥的mRNA運(yùn)輸效率與其部分編碼區(qū)和3′UTR的序列密切相關(guān)。由于甘藍(lán)DELLA基因家族5個(gè)成員的mRNA在3′UTR的長(zhǎng)度上有差異，本研究選擇(998～1771)作為參考序列，比較分析了甘藍(lán)DELLA基因家族成員與(998～1771)的序列一致率，結(jié)果顯示、與(998～1771)的序列一致率在81%以上。而、、與(998～1771)的序列一致率介于64.2%～65.1%之間(表3)。

為找出影響DELLA基因家族成員mRNA運(yùn)輸效率的相關(guān)因素，以運(yùn)輸read的數(shù)量作為其mRNA運(yùn)輸效率的指標(biāo)，分別與序列的一致率、甘藍(lán)/甘藍(lán)嫁接體的接穗甘藍(lán)莖尖中的表達(dá)量進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，DELLA基因家族成員的mRNA運(yùn)輸效率與序列一致率(與(998～1771)比對(duì))呈正顯著相關(guān)(皮爾遜相關(guān)性系數(shù)=0.889，=0.04<0.05)。甘藍(lán)DELLA基因的mRNA運(yùn)輸效率與接穗甘藍(lán)中DELLA基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量也呈正顯著相關(guān)(皮爾遜相關(guān)性系數(shù)=0.928，=0.02<0.05)。

圖5 運(yùn)輸?shù)膔ead與相應(yīng)的甘藍(lán)和菜心DELLA基因序列比對(duì)

表3 甘藍(lán)DELLA家族基因mRNA運(yùn)輸效率分析

3 討論

GA是調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的一類激素，而DELLA家族基因是GA代謝通路中的關(guān)鍵基因。因此，在動(dòng)物和真菌中均未檢測(cè)到DELLA基因，表明DELLA基因家族是植物所特有的，但不是所有植物中均有DELLA基因(如紅藻和綠藻)(圖1)。輪藻具有類似根、莖、葉的分化，但也沒有DELLA基因。在苔蘚植物地錢、小立碗蘚以及蕨類植物江南卷柏中開始出現(xiàn)DELLA基因，之后廣泛分布于開花植物中(圖1)[17]。研究表明，DELLA蛋白參與調(diào)控植物莖、葉、花的生長(zhǎng)發(fā)育以及種子萌發(fā)與休眠[18]。DELLA基因家族的出現(xiàn)可能與植物形態(tài)特征的進(jìn)化密切相關(guān)。

本研究通過構(gòu)建異源嫁接體和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，在砧木菜心花序軸中鑒定到來自于甘藍(lán)DELLA基因家族的read，并且甘藍(lán)DELLA基因家族成員mRNA運(yùn)輸效率存在差異，其中和的mRNA運(yùn)輸效率明顯高于、、(表3)。研究認(rèn)為，基因的mRNA運(yùn)輸效率與其mRNA的表達(dá)量和序列結(jié)構(gòu)均有關(guān)[14,16]。擬南芥基因mRNA可進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，其運(yùn)輸效率與其部分編碼序列和3′UTR序列有關(guān)[14]。甘藍(lán)中不存在基因，但甘藍(lán)DELLA基因家族成員與序列相似，且均發(fā)生了mRNA運(yùn)輸，暗示甘藍(lán)DELLA家族基因序列可能與mRNA運(yùn)輸效率有關(guān)。相比于、和，和序列與的序列相似度更高(表3)。相關(guān)性分析顯示甘藍(lán)DELLA基因家族成員的mRNA運(yùn)輸效率與其序列一致率(和(998～1771)相比)相關(guān)，但仍需要更多研究才能確定兩者之間的因果關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，某些mRNA (如DMC1:tRNA)形成三葉草結(jié)構(gòu)，并富集在韌皮部中，在接穗和砧木之間進(jìn)行運(yùn)輸[19,20]。有研究認(rèn)為基因的mRNA運(yùn)輸效率與其自身的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量有關(guān)[16]。本研究結(jié)果顯示接穗甘藍(lán)DELLA基因和在甘藍(lán)莖尖的表達(dá)量明顯高于、和(圖3)，而DELLA基因的mRNA運(yùn)輸效率與之相對(duì)應(yīng)。

在甘藍(lán)/菜心異源嫁接體中，盡管接穗甘藍(lán)向砧木菜心花序軸運(yùn)輸了DELLA基因mRNA，但并沒有提高砧木菜心DELLA基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量(圖3)。推測(cè)與甘藍(lán)DELLA基因mRNA運(yùn)輸?shù)秸枘静诵牡臄?shù)量太少有關(guān)。另一方面，菜心砧木中的DELLA基因的mRNA也有可能向上運(yùn)輸?shù)搅私铀敫仕{(lán)中，從而形成一種動(dòng)態(tài)平衡。本研究鑒定了甘藍(lán)DELLA基因家族成員，并分析它們的mRNA運(yùn)輸特征，為理解甘藍(lán)DELLA基因家族的生物學(xué)功能和甘藍(lán)的遺傳改良提供了參考依據(jù)。

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Identification of DELLA gene family in head cabbage and analysis of mRNA transport in the heterograft

Biyuan Li, Yanting Zhao, Zhichen Yue, Juanli Lei, Qizan Hu, Peng Tao

DELLA gene family is involved in the regulation of signal transduction of plant hormones. mRNAs of(), the member of DELLA gene family, are also signaling molecules of long-distance transport in plants. Genome-wide identification and mRNA transport analysis of the members of DELLA gene family in head cabbage (var.) can provide basic data for their application in head cabbage. In this study, five members of DELLA gene family (,,,, and) were identified in head cabbage using genome and transcriptome data. However, head cabbage lacked agene in its genome. The scion (head cabbage, inbred line G27) and the rootstock Chinese flowering cabbage (L. ssp.var.Tsen et Lee) (sijiucaixin) were cleft-grafted together to produce the heterograft. Inflorescence stem of the rootstock and the corresponding inflorescence stem in Chinese flowering cabbage seedlings (as controls) were purified and analyzed with transcriptome sequencing. The total of 8, 9, 3, 5, and 1 exogenous read(s), derived respectively from,,,, and, were identified in the transcriptomes of the rootstocks. Nevertheless, mRNA transport of DELLA family genes from scion to rootstock did not increase the transcriptional level of the members of DELLA gene family in the rootstocks. Correlation analysis suggested that mRNA transport efficiency of the DELLA family genes was correlated with the sequence and the transcriptional level of the respective DELLA gene in the scion (head cabbage). This study lays the foundation for further investigation on the molecular mechanism of mRNA transport of the members of DELLA gene family in head cabbage.

head cabbage; Chinese flowering cabbage; grafting; DELLA genes; mRNA transport

2022-10-18;

2022-12-31;

2023-02-06

浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：LY21C150006)，浙江省農(nóng)業(yè)新品種選育重大科技專項(xiàng)(編號(hào)：2021C02065-4-4)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：31601746)資助[Supported by the Natural Science Foundation of Zhejiang Province (No.LY21C150006), the Grand Science and Technology Special Project of Zhejiang Province (No.2021C02065-4-4), and the National Natural Science Foundation of China (No.31601746)]

李必元，學(xué)士，副研究員，研究方向：十字花科蔬菜作物遺傳育種。E-mail: 16061944@qq.com

陶鵬，博士，副研究員，研究方向：十字花科蔬菜作物分子遺傳學(xué)。E-mail: taopeng-84@163.com

10.16288/j.yczz.22-330

(責(zé)任編委: 許勇)