RNA-Seq联合植物激素代谢组揭示黑果枸杞叶外植体直接器官发生机制

[目的]揭示黑果枸杞叶尖和叶中外植体直接器官发生(生根和出芽)相关的植物激素代谢物和基因，探索与叶尖外植体较强直接器官发生能力相关的植物激素代谢物和基因，为植物叶片高效直接器官发生体系的建立提供思路。[方法]以黑果枸杞一个株系的叶尖和叶中为外植体，在无外源植物生长调节剂(PGR)的培养基上实现直接器官发生。分别以初始、根起始期和芽起始期的叶中和叶尖外植体作为试验材料，进行高通量转录组测序和植物激素代谢组分析。采用实时荧光定量 PCR 验证转录组测序结果。[结果](1)黑果枸杞叶尖外植体生根率(68.22%)显著高于叶中外植体生根率(42.96%);叶尖外植体出芽率(39.08%)也显著高于叶中外植体出芽率(17.03%);叶尖的直接器官发生率(26.66%)显著高于叶中的(7.32%)。(2)高通量转录组测序发现，与生根和出芽相关比较组的差异基因(DEG)均涉及8种植物激素(生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯、油菜素内酯、茉莉酸和水杨酸)的信号转导;与叶尖外植体生根、出芽能力较强相关的DEG涉及7种植物激素(生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯、油菜素内酯和水杨酸)的信号转导;淀粉和蔗糖代谢KEGG路径由最初的在叶尖外植体显著下调转变为根起始期在叶尖外植体显著上调。(3)植物激素代谢组分析发现，两种外植体在无PGR的MS培养基上的不定根发生与DHZROG、K9G、IP、GA20、GA53、GA3和OPDA呈正相关，与ICA、ILA、IAA-L eu、TRP、ICAld、IAA-Asp、IAA-Glu、iP7G、2MeScZ、cZROG、oTR和tZOG呈负相关;不定根发生后的不定芽产生与IA、DHZR和tZR呈正相关，与ABA、ABA-GE、TRA、mTR、IP和KR呈负相关;尖外植体在无PGR培养基上较强生根能力与IAA、IAA-Leu-Me和BAP呈正相关，与IAM、IPA、IAA-Val、DHZR、BAP7G、tZR、IPR和cZR呈负相关;叶尖外植体生根之后的较强出芽能力与ABA-GE、ICA、IA A-Ala、BAPR、KR、JA-ILE、JA和SAG呈正相关，与IAA-Glc、IAA-Glu、2MeScZ、IP和GA20 呈负相关。(4)高通量转录组测序和植物激素代谢组联合分析发现，三种IAA共轭物(IAA-Leu、IAA-Asp和IA A-Glu)可能负调控黑果枸杞叶外植体的不定根发生;叶外植体看似通过上调TSB表达、上调GA3 含量和降低TRP含量来促进不定根产生(5)TRA与ABA可能参与黑果枸杞叶外植体出芽的负调控;添加钨酸钠的方式可能会促进黑果枸杞叶外植体在无 PGR 培养基上出芽。(6)SUS 可能通过供能赋予黑果枸杞叶尖较强生根和出芽能力;叶尖IAA原始浓度较高，较高的IAA含量上调生长素信号转导路径ARF的表达赋予黑果枸杞叶尖较强的不定根产生能力;叶尖可能通过较高的ABA-GE、ICA、IAA-Ala、BAPR、KR、JA-ILE、JA和SAG含量和较低的IAA-Glc、IAA-Glu、2MeScZ、IP和GA20 含量获得更强的出芽能力，而JA可能通过抑制JA信号转导路径的MYC2 表达来提高叶尖出芽能力。(7)qRT-PCR分析的11个差异基因的表达模式与RNA-Seq结果一致，表明RNA-Seq结果准确可靠。[结论]本研究挖掘黑果枸杞直接器官发生相关基因和植物激素代谢物，初步建立叶尖外植体较强直接器官发生能力的机理模型图(图 1)。