北美鵝掌楸的花為何有一個亮橙色的帶？轉錄組學與代謝組學聯合分析為您揭秘
圖片中這種美麗的花是北美鵝掌楸的花。圖中可見，在花瓣的根部附近有一個亮橙色的帶，為什麼北美鵝掌楸的花有一個亮橙色的帶呢？轉錄組學與代謝組學聯合分析為您揭秘！
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美麗的花朵不僅可以供我們觀賞，花瓣的顏色也是吸引傳粉者以確保繁殖成功的主要花卉特徵。花色的多樣性主要由三大類色素構成：類黃酮、類胡蘿蔔素和甜菜鹼，這些色素合成相關基因表達的精確時空調節產生了特定的著色模式。
北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）在花瓣的根部附近有一個亮橙色的帶，其花瓣帶著色的發育、調控和生化基礎尚不清楚。文章結合了鵝掌楸物種的轉錄組學和代謝組學，對有助於花瓣橙色帶形成的主要色素進行了鑑定，並定義了可能的轉錄調控機制。
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雜誌：Horticulture Research
影響因子：5.404
發表時間：May 2020
文章連結：https://www.nature.com/articles/s41438-020-0287-3#Sec1
摘要
北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）是一種流行的觀賞性園藝植物，其特別的鬱金香形的花基部附近有一條橙色帶。北美鵝掌楸花在發育過程中，花瓣帶特異性色素沉著的機制尚不清楚。研究者透過多組學聯合分析，結合非靶向和靶向代謝組學以及轉錄組學，對花瓣帶中被特異性啟用的類胡蘿蔔素生物合成的級聯途徑進行了鑑定。比較分析北美鵝掌楸和鵝掌楸雜交種的類胡蘿蔔素代謝產物表明，γ-胡蘿蔔素，一種植物中罕見的胡蘿蔔素，是最有可能導致花瓣帶著色的橙色色素。對發育中的花瓣的表型和轉錄組分析表明，帶區首先是由綠色損失預先確定的。再透過分別區域性啟用和抑制類胡蘿蔔素和葉綠素生物合成基因來維持該條帶。胡蘿蔔素生物合成的兩個限速基因，類胡蘿蔔素異構酶（CRTISO）和ε番茄紅素環化酶（ε-LCY），編碼負責在花瓣特定條帶橙色色素沉著的核心酶。與中國鵝掌楸相比，北美鵝掌楸中有一個額外的ε-LCY複製，作者推測該複製可能有助於形成獨特的花瓣著色圖案。綜上所述，該研究首次提供了鵝掌楸花著色中的代謝組和轉錄組動力學，併爲花卉育種或代謝工程以及瞭解早期木本被子植物的花卉進化提供了寶貴的資源。
主要結果
研究者採集了北美鵝掌楸花四個不同階段的花瓣，用於轉錄組和代謝組學分析。非靶向代謝組的時間過程資料集中共獲得4799種代謝物，它們在至少兩個階段之間顯示出顯著差異（p <0.05）。根據聚類分析和KEGG富集分析，發現類胡蘿蔔素可能在北美鵝掌楸的花瓣著色中起關鍵作用。轉錄組測序共獲得224,245個unigene，對其中63.22％（141,781）的基因進行了功能註釋。所有樣本中unigene表達發生顯著變化的基因進行了聚類分析，結果顯示了鵝掌楸花發育過程中的階段/組織特異性轉錄組特徵。轉錄組資料分析表明，在北美鵝掌楸花瓣中，基因表達的區域性轉錄調控可能會導致類胡蘿蔔素的生物合成和積累，使花朵發育過程中花瓣帶著色。靶向代謝組學進一步證實類胡蘿蔔素在北美鵝掌楸花瓣帶著色中的作用：特定位點γ-胡蘿蔔素的區域性積累可能是導致北美鵝掌楸花開花過程中花瓣帶著色的關鍵過程。胡蘿蔔素關鍵酶的動力學分析顯示，檢測到的ε-LCY基因在花瓣的下側相比於萼片和花瓣的上側上調。
北美鵝掌楸花瓣發育的轉錄組分析
北美鵝掌楸花瓣發育中涉及著色的基因
鵝掌楸雜交種花瓣中四種胡蘿蔔素的含量
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