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引用本文
DOI：10.16742/j.zgcdxb.20240106
余江弟，李玉珠，苗佳敏，等. 草地早熟禾无融合生殖胚囊发育的转录组学分析[J].中国草地学报,2024,46(10):44-57.
YU Jiangdi，LI Yuzhu，MIAO Jiamin，et al.Transcriptomic analysis of the development of apomixis embryo sac in Poa pratensis （Kentucky bluegrass）[J].Chinese Journal of Grassland,2024,46(10):44-57.
草地早熟禾无融合生殖胚囊发育的转录组学分析
余江弟，李玉珠*，苗佳敏，师尚礼，白小明
甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/中－美草地畜牧业可持续发展研究中心
摘要 & 关键词
本研究利用高通量Illu-mina Hiseq测序技术对‘清水’草地早熟禾无融合生殖子房发育的无孢子起始细胞发生时期（8DBA）和无孢子生殖胚囊发育时期（6DBA、4DBA和2DBA）共4个阶段的小穗进行转录组测序。结果显示，不同差异分组（2DBA vs 4DBA、2DBA vs 6DBA和2DBA vs 8DBA）共有13575个DEGs，包括7191个上调基因和6384个下调基因。KEGG通路分析表明，3个差异分组的DEGs显著富集在代谢途径、次生代谢产物的生物合成、淀粉和蔗糖代谢及内质网中的蛋白加工等通路上，在2DBA vs 8DBA分组中发现植物激素信号转导途径的富集。4个时期占比最多的转录因子家族是NAC、AP2/ERF-ERF和MYB-related等。将在4个发育阶段特异性高表达的基因OPR1、ASN2、SAMS2、HSP81-2、PXG4和FPK2作为与‘清水’草地早熟禾无融合生殖胚囊发育相关的候选基因。qRT-PCR分析表明，除WOX2在4DBA上调，与RNA-seq的表达存在差异外，其余16个DEGs的表达量变化趋势与高通量测序结果基本一致。
草地早熟禾；无融合生殖；胚囊发育；转录组测序；差异表达基因
（照片由作者提供）
（照片由作者提供）
（照片由作者提供）
无融合生殖允许植物在不经受精的情况下产生无性种子，这些种子具有和母本相同的基因型，对于固定作物杂种优势及缩短育种周期等具有重要价值。草地早熟禾是以无孢子生殖为主的兼性无融合生殖植物，也是研究植物配子体无融合生殖遗传机制的“模式”物种，其无孢子生殖过程涉及子房中的珠心细胞特化以形成无孢子起始细胞（AIC），该细胞进一步分化、扩增并通过有丝分裂形成未减数的胚囊。草地早熟禾与水稻、小麦和玉米等主要农作物同属于禾本科，亲缘关系较近，挖掘其无孢子生殖胚囊发生过程的关键基因不仅有助于揭示植物配子体无融合生殖的分子机制，也为利用这些基因改造水稻等主要农作物的生殖方式，实现“一系法”育种并固定杂种优势提供理论依据。本文以野生栽培品种‘清水’草地早熟禾为材料，利用石蜡切片方法确定无融合生殖胚囊的发育进程。在此基础上，采集‘清水’草地早熟禾无融合生殖胚囊发育4个不同时期的小穗进行转录组测序，获得差异表达基因（DEGs），并对其进行KEGG富集分析，以期筛选出与草地早熟禾无性胚囊发育相关的关键转录因子及调控基因，为揭示配子体无融合生殖遗传机制以及相关基因功能研究提供基础数据。
01 材料与方法
1.1 试验材料
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02 结果与分析
2.1 ‘清水’草地早熟禾无融合生殖胚囊发育时期的鉴定
由图3可知，‘清水’草地早熟禾无孢子生殖胚囊发育过程中，很多基因的表达受到了显著的诱导或抑制。2DBA vs 8DBA的DEGs最多，上下调基因分别为14151个和13609个。维恩图展示了3个比较组共有13575个DEGs，包括7191个上调基因和6384个下调基因，2DBA vs 4DBA与2DBA vs 6DBA共有3544个DEGs，2DBA vs 6DBA与2DBA vs 8DBA共有6018个DEGs（图4）。以上结果说明，越到无融合生殖胚囊发育后期参与的基因越多，涉及的表达调控途径可能会越复杂。
2.3 ‘清水’草地早熟禾无融合生殖胚囊发育过程中DEGs的KEGG富集分析
从图7可以看出，4DBA、6DBA和8DBA中大多数基因上调表达，6DBA中上调表达的基因最多，仅几个基因下调表达。在8DBA中，OPR1和ASN2的表达水平最高；在6DBA中，SAMS2的表达水平最高；在4DBA中，HSP81-2的表达水平更高；在2DBA中，只有PXG4和FPK2两个基因的表达水平显著上调，而其余基因的表达水平均下调。本文将OPR1、ASN2、SAMS2、HSP81-2、PXG4和FPK2在胚囊4个不同发育阶段特异性高表达的基因作为‘清水’草地早熟禾无融合生殖胚囊发育相关的候选基因。
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03 结论
制作：胡晓然
校对：陶彦彤
审核：胡卉芳
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