基于转录组测序筛选甘蔗品种分蘖发生相关基因及功能鉴定

Tiller is an important agronomic trait for sugarcane variety. Previous studies demonstrated that the earlier occurring of tiller is in favour of increasing the number of effective tiller stalks and cane yield, so the time of tiller occurring is a key in improving cane yield by employing tiller trait. In our previous studies, these genes from MOC1，SLs signal transduction and SLs synthetic pathways were cloned from sugarcane, Expressing pattern studies demonstrated that they require for forming and outgrowth of tillering bud. But tillering occurring is regulated by many genes, mining more genes is necessary. In view of this, the different transcript expressing profile data in the process of tiller occurring for three variety with strong tillering capacity will be obtained by using RNA-seq techniques in this study, and the regulating network of tillering occurring will be constructed , then the key genes response to tiller occurring will be screened. Finally, the expressing character of the obtained key genes were evaluated in the process of tiller occurring and treatment by using 5 tillering regulating hormones, their functions will be verified by overexpression and RNAi techniques. The knowledge obtained above contribute to regulate the tillering occurring by using the key genes or pathways.

分蘖是甘蔗品种重要的农艺性状。国内外研究表明分蘖发生越早，越有利于分蘖苗长成茎，而发生较晚的分蘖，往往成为无效分蘖，因此分蘖发生时间是利用分蘖特性改良品种蔗茎产量的关键。项目组在前期研究中，通过同源基因克隆法从甘蔗中克隆出调控分蘖的MOC1通路、独角金内脂信号传导及其合成途径相关基因，并证实了它们的表达与分蘖芽形成和萌发相关。由于分蘖发生受多基因控制，还需进一步筛选更多相关基因。本项目拟以分蘖能力较强的3个品种为研究材料，通过转录组学技术获得它们蔗苗分蘖芽从未萌动到萌动膨大5个发育阶段分蘖芽组织的基因差异表达谱，筛选关键代谢途径和候选基因；然后通过荧光定量PCR技术研究这些基因在分蘖发生不同阶段的表达特点及对5种分蘖相关调控激素的响应情况，并通过过表达和基因沉默技术验证它们的功能，为后续利用这些基因或代谢途径调控品种分蘖发生奠定重要的理论基础。

分蘖是甘蔗品种重要的农艺性状，国内外研究表明分蘖发生越早，越有利于分蘖苗成茎，提高蔗茎产量，因此挖掘调控分蘖发生相关基因对于品种蔗茎产量改良具有重要意义。项目组利用三代全长转录组和二代转录组技术构建了甘蔗品种分蘖芽发育全长转录组库和不同发育阶段转录组库。转录组分析表明在分蘖芽发育阶段共筛选到38541个差异基因，其中萌动阶段2432个，膨大阶段13470个，伸长阶段16431个，冒尖叶阶段6208个；代谢途径分析表明脂肪酸链伸长、亚麻酸代谢、淀粉和蔗糖代谢和植物MAPK信号通路等4个途径与萌动阶段密切相关，光合作用-天线蛋白、二苯乙烯类、二芳基庚烷类和姜辣素的生物合成、光合作用、类黄酮生物合成和二萜生物合成等5个途径与膨大阶段密切相关，光合作用、光合作用-天线蛋白、精氨酸生物合成、光合生物碳固定、乙醛酸和二羧酸代谢和亚麻酸代谢等6个途径与伸长阶段密切相关，角质、亚硫酸盐和蜡的生物合成和亚麻酸代谢等2个途径与冒尖叶阶段密切相关。利用荧光定量PCR技术对12个差异基因的检测证实了转录组数据可靠；从分蘖芽萌动阶段筛选出12个与植物生长发育相关的差异候选基因，并检测它们对6种植物激素处理的响应，结果表明6-BA、Eth、GA3和IBA可诱导所有候选基因的表达，而ABA和SLs仅可诱导部分基因的表达。通过综合分析，筛选出2个候选基因（ScbHLH92和ScNRT1），并转化水稻和甘蔗进行功能验证，结果证实2个基因的过表达有利于分蘖的发生，且可促进水稻提前开花抽穗。相关研究结果的获得，有利于甘蔗分蘖发生遗传机制的解析和相关基因的筛选，为通过分蘖性状调控改良甘蔗品种产量潜力奠定了重要的基础。项目发表研究论文4篇，其中SCI论文1篇，《作物学报》收录1篇，获得1项国际专利；项目组2人晋升为副高；课题组引进亚非杰青2人和智汇云南青年科学家1人；项目负责人指导硕士研究生1名，获云南省中青年学术技术带头人称号，获省科技进步一等奖和省自然科学三等奖各1项。