为天然橡胶生物合成的调控机制提供了新的见解

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

橡胶草根ONT全长比较转录组——为天然橡胶生物合成的调控机制提供了新的见解

2021-11-30 17:53 来源: 百迈客生物

原标题：橡胶草根ONT全长比较转录组——为天然橡胶生物合成的调控机制提供了新的见解

导读

由北京百迈客巴西vs瑞士让球有限公司与中国热带农业科学院橡胶研究所合作的研究论文《Comparative full-length tranome analysis provides novel insights into the regulatory mechanism of natural rubber biosynthesis in Taraxacum kok-saghyz Rodin roots 》与今年11月在官网在线发表。该文运用Nanopore三代测序技术为橡胶草中天然橡胶生物合成的调节机制提供了新的见解。该文充分体现了ONT全长转录组可同时对基因和转录本进行定量，定性定量准确性高的优势。基于上一次的文章《做ONT全长转录组，一定要找百迈客》，这一次小编带大家温故知新，深入了解ONT全长转录组的应用。

英文题目：Comparative full-length tranome analysis provides novel insights into the regulatory mechanism of natural rubber biosynthesis in Taraxacum kok-saghyz Rodin roots

中文题目：橡胶草根全长比较转录组为天然橡胶生物合成的调控机制提供了新的见解

发表期刊：Industrial Crops & Products

影响因子：5.645

为天然橡胶生物合成的调控机制提供了新的见解

研究背景

橡胶草（ Taraxacum kok-saghyz ，TKS）是一种小型、二倍体、有性生殖、莲座状多年生植物。它属于菊科植物，起源于中国和哈萨克斯坦的天山山区。TKS的根部可以产生大量的天然橡胶（Natural rubber，NR）（高达20%干重），其分子量与巴西橡胶树相似。TKS具有种植面积广、NR含量和质量高、易于种植和收获、成熟时间短等优点，因此TKS是一种具有商业前景的优质NR替代源。然而，高杂合度和自交不亲和导致的近交衰退是将TKS培育成NR生产作物的严重挑战。更好地理解NR生物合成途径和相关基因，以及TKS中相互竞争的代谢途径，将有助于选择合适的经典或生物技术育种策略来改善TKS培育。迄今为止，许多与NR生物合成相关的基因已在TKS和其他NR生产植物中被鉴定。TKS基因组组装于2017年构建，鉴定出40个属于MVA途径的基因、19个参与起始剂合成的基因和20个参与NR合成的基因。然而，关于TKS中NR生物合成的分子机制的知识仍然是不完整和难以捉摸的。

更好地理解TK中NR的生物合成，包括识别限速酶和竞争代谢途径，对于定义经典育种策略和生物技术育种策略是必要的。最近发现，使用SMRT测序可以获得全长转录组数据。然而，这项技术尚未应用于TKS，这大大限制了我们对TKS转录组的了解，尤其是对NR生物合成相关基因的了解。在本研究中，采用ONT测序技术获得TKS根的全长转录组，并对具有不同NR含量的TKS组进行比较转录组分析，以探索哪些代谢途径或基因在转录水平上影响或参与NR的合成、调节和积累。这项工作将有助于进一步了解NR生物合成的分子机制，这对于提高TKS的培养效率至关重要。

实验材料和方法

实验材料：野生TKS种群（来自中国新疆天山山区），并将其种植在中国海口橡胶研究所的种质苗圃中。

实验方法：测定野生种群中TKS植物的干橡胶含量，从野生TKS群体中选择橡胶含量最高的三个植物（LR-1:2.09%，LR-2:3.09%和LR-3:3.27%）和橡胶含量最高的三个植物（HR-1:9.21%，HR-2:8.92%和HR-3:9.06%）进行转录组分析。利用TKS的自交不亲和性，构建了6个TKS组，并进行了组织培养繁殖。培养物在25◦C温室中培养，且有16小时的光照/8小时的暗光周期（光强度约为13000 LUX）。对于每个品组，总共收集1g组织培养幼苗（4个月龄）的新鲜根，清洁并冷冻。

测序策略：PromethION 平台，共构建6个cDNA文库。

主要研究结果与分析

1、全长转录组测序数据总体概述

六个样本的平均全长嵌合序列FLNC读取率达到80.68%，平均获得20360个非冗余转录本，平均N50长度和平均长度分别为1607bp和1378bp（表 1），这比之前获得的根转录组数据要好。LR和HR组的平均AS事件分别为1408和1605。可变剪切分析结果显示最常见的剪接类型是内含子保留，LR组占45.41%，在HR组占有46.29%（图1 A）。互斥外显子最不常见，在LR和HR转录组中分别为0.86%和1.04%。APA分析显示具有一个多聚（A）位点的基因数量最高，LR和HR组的平均基因数分别为3896和3733，具有五个多聚（A）位点的转录本数量最低，分别为1242和1386（图1B）。文中共对54135个序列（77606351bp）进行了SSR分析，包括16354个SSR序列和12855个含有SSR的序列。此外，单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸的数量分别为5522、4258、6139、176、44和215。其中，三核苷酸SSR的密度最高，为68（图1C）。

为天然橡胶生物合成的调控机制提供了新的见解

图1 转录组数据统计分析

2、EDGs的KEGG通路分析