内源性植物激素与转录组学的综合分析揭示了光照诱导茶树（Camellia sinensis）插条形成愈伤组织的机制

《BMC Plant Biology》：Integrative analysis of endogenous phytohormones and transcriptomics reveals mechanism of light-induced callus formation in tea (Camellia sinensis) cuttings

茶树插条脱毒过程中光照通过调控tZ、IAA和ABA动态促进callus形成，转录组分析揭示淀粉代谢、IAA信号通路及运动蛋白表达差异，WGCNA和PPI分析鉴定CsMYB82为关键调控基因，与CsGL3的氢键和盐桥相互作用驱动细胞周期基因高表达。

摘要

背景

扦插是茶叶植物主要的无性繁殖方法，而愈伤组织的形成是影响茶叶扦插存活率的关键因素。研究表明，光照通过影响植物激素的含量和信号传导机制对茶叶扦插的愈伤组织形成至关重要。然而，光照诱导愈伤组织形成的分子机制尚未明确。

结果

本研究分析了在有无遮荫的光照条件下短枝扦插的愈伤组织生长情况。结果显示，在光照条件下21天的愈伤组织形成比例是遮荫处理组的兩倍。为了揭示光照诱导愈伤组织形成的调控过程，我们在第7天和第14天对茎部进行了转录组分析和植物激素分析。KEGG分析结果显示，在S7d_VS_L7d组中，“淀粉和蔗糖代谢”以及“早期生长素信号传导”相关基因上调；而在S14d_VS_L14d组中，“马达蛋白”和“光合作用-天线蛋白”相关基因上调。激素分析表明，在L14d组中，tZ、IAA和ABA的含量在光照处理下升高，tZ和IAA的含量从第7天到第14天有所增加，而ABA的含量则下降。综合转录组分析结果显示，与tZ和IAA生物合成相关的关键基因也上调；此外，在光照处理下，ABA裂解基因——脱落酸8’-羟化酶（ABA8ox）在14天时表达显著增强。此外，光照还促进了细胞分裂素（CKs）的信号传导，这与扦插组织中与细胞周期和分裂相关的基因表达水平一致。通过L14d_vs_S14d组差异表达基因（DEGs）的青绿色模块加权基因共表达网络分析（WGCNA）和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）分析发现，CsMYB82是光照诱导愈伤组织形成过程中的核心基因，CsMYB82与CsGL3之间的相互作用通过酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）实验得到了验证。结构分析表明，CsMYB82可以通过氢键和盐桥与CsGL3相互作用。

结论

通过植物激素和转录组分析，发现碳水化合物代谢和植物激素代谢与光照处理密切相关。植物激素的变化可能导致CsMYB82与CsGL3之间的相互作用，进而影响细胞命运的转变以及与细胞周期和马达蛋白相关的基因的高表达。本研究表明，光照是愈伤组织形成的重要因素，这一过程复杂而有序，同时也为茶叶植物的无性繁殖机制提供了新的理解。