不同光周期和春化处理对冬季油菜中激素相关基因转录组的影响分析

《BMC Plant Biology》：Transcriptome analysis of hormone-related genes in winter rapeseed treated by different photoperiods and vernalization times

本研究通过实验室模拟不同光周期处理，探讨强冬油菜Brassica napus和Brassica rapa的春化效应。结果显示，16L/8D处理下Brassica rapa在45天春化后开花率达75%，而Brassica napus未完成春化。GA3含量随春化时间延长在24D及16L/8D中显著升高，同时ABA和IAA在16L/8D中递减，SA和ZT递增。转录组分析揭示DEGs富集于细胞代谢、信号转导及蛋白质-核糖体结合（GO），涉及植物-病原互作、淀粉代谢及MAPK信号通路（KEGG）。最终筛选出1个植物激素信号传导候选基因和3个昼夜节律相关基因。

　　

摘要

背景

冬油菜是中国北方重要的油料作物，在越冬期间需要长时间经历低温。到了次年的三月，新的叶子从生长点长出，作物进入生殖生长阶段。因此，强抗寒性的冬油菜一年只能种植一次，在田间进行快速育种非常困难。因此，探索强抗寒性冬油菜的春化条件对于缩短生长周期和提高育种质量非常有帮助。

结果

结果表明，尽管在不同光照条件下进行了45天的春化处理，强抗寒性的Brassica napus品种仍无法完成春化过程，而其他品种在16小时光照/8小时黑暗条件下达到了最佳的春化效果；而强抗寒性的Brassica rapa品种在45天的春化处理后开花率为75%。赤霉素A3（GA?）在所有处理中均促进了花芽的分化。具体来说，在24小时黑暗条件和16小时光照/8小时黑暗条件下，GA?的水平较高，并且随着春化时间的延长其含量逐渐增加。在16小时光照/8小时黑暗条件下，脱落酸（ABA）和生长素（IAA）的含量随着春化时间的延长而逐渐降低。水杨酸（SA）和Zeatin（ZT）的含量在16小时光照/8小时黑暗条件下随着春化时间的延长而逐渐增加。GO注释显示，差异表达基因（DEGs）在细胞代谢、信号转导和蛋白质-核糖体结合方面显著富集。KEGG通路富集分析表明，这些DEGs主要参与植物-病原体相互作用、淀粉和蔗糖代谢、MAPK信号通路以及植物激素信号转导。通过基于WGCNA的基因模块分类，结合模块表达和网络分析，最终筛选出一个与植物激素信号转导相关的候选基因和三个与生物钟节律相关的候选基因。

结论

本研究旨在确定实验室中最优的春化条件和光照处理方法，为后续的育种工作提供有效依据。同时，通过测定激素水平的变化并整合转录组分析，我们分析了不同冬油菜品种的春化响应模式，目的是识别一些关键基因并阐明春化过程的分子机制。