整合的比较转录组学和WGCNA分析揭示了调控Saccharum属植物蔗糖积累的核心转录网络及关键基因

《BMC Plant Biology》：Integrated comparative transcriptomics and WGCNA reveal the core transcriptional network and hub genes regulating sucrose accumulation in Saccharum spp

　　

摘要

背景

蔗糖积累是甘蔗这一主要产糖作物的关键农艺性状。然而，高蔗糖基因型与低蔗糖基因型之间表现差异的分子机制仍不清楚。在本研究中，使用了两个高蔗糖基因型（YZ08-1609、YZ05-51）和一个低蔗糖基因型（CP79-318）作为材料，系统分析了高蔗糖基因型与低蔗糖基因型之间的动态转录差异。

结果

表型分析表明，高蔗糖基因型表现出“早期积累”的特征。高蔗糖基因型的快速蔗糖积累期（S1–S2）早于低蔗糖基因型（S2–S3）。比较转录组分析显示，这两个高蔗糖基因型共同表现出一种“增加摄入量同时减少输出量”的调控模式，表现为淀粉和糖代谢途径的协调上调以及苯丙素生物合成途径的协调下调。WGCNA（全基因组关联网络分析）识别出17个共表达模块。其中，与糖相关性状高度正相关的模块在翻译、肽生物合成过程和核糖体等途径中显著富集，而负相关模块（ME.darkorange、ME.darkseagreen3）在糖酵解和苯丙素生物合成等途径中显著富集。进一步分析确定了多个关键枢纽基因，包括核糖体蛋白基因（如RPS3A、RPL6C）和苯丙素生物合成途径中的关键酶基因（如PAL1、CAD）。

结论

通过整合比较转录组学和WGCNA分析，本研究在高蔗糖甘蔗基因型中鉴定出一个核心的、保守的转录调控网络。该网络与高效的蔗糖积累相关，似乎反映了生物合成能力增强、碳源向蔗糖的优化分配以及向木质素的转化受到限制的特征。研究结果不仅加深了对甘蔗碳代谢调控机制的理解，还为高蔗糖性状的分子育种提供了重要的候选基因资源。