Προσδιορισμός διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων και οδών που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του Mesona chinensis Benth υπό συνθήκες κόκκινου και μπλε φωτός
- 1 Guangxi Key Laboratory of Medicinal Resources Protection and Genetic Improvement, Guangxi Botanical Garden of Medicinal Plants, Nanning, Κίνα
- 2 Guangxi Engineering Research Center of TCM Resource Intelligent Creation, Guangxi Botanical Garden of Medicinal Plants, Nanning, Κίνα
Το Mesona chinensis Benth (MCB) είναι ένα σημαντικό κινεζικό φυτικό φάρμακο. Τα εργοστάσια παραγωγής μπορεί να είναι ένας από τους τρόπους επίλυσης της έλλειψης προμήθειας MCB. Σε αυτή τη μελέτη, τα σπορόφυτα MCB υποβλήθηκαν σε επεξεργασία κάτω από τα κόκκινα (R) και μπλε (B) φώτα στο εργοστάσιο φυτών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το κόκκινο φως προώθησε την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του MCB σε σύγκριση με το μπλε φως. Υπό συνθήκες ερυθρού φωτός, η βιομάζα, το ύψος του φυτού και τα χαρακτηριστικά της ρίζας ήταν σημαντικά υψηλότερα από εκείνα σε συνθήκες μπλε φωτός, ενώ η ανάπτυξη του αναλυτή εδάφους και φυτών (SPAD) υπό την επεξεργασία με κόκκινο φως ήταν σημαντικά χαμηλότερη από εκείνη υπό την θεραπεία με μπλε φως. Το κόκκινο φως προώθησε επίσης σημαντικά την περιεκτικότητα του MCB σε διαλυτή ζάχαρη και πηκτίνη σε σύγκριση με το μπλε φως. Η μεταγραφική ανάλυση έδειξε ότι συνολικά 4, Ανιχνεύθηκαν 165 διαφορικά εκφρασμένα γονίδια (DEGs) συμπεριλαμβανομένων 2.034 ρυθμισμένων προς τα πάνω και 2.131 μειωμένων ρυθμίσεων. Από αυτά, 1.112 DEGs συμπεριλαμβανομένων 410 γονιδίων που ρυθμίζονται προς τα πάνω και 702 προς τα κάτω ρυθμίζονται γονίδια συνδέθηκαν με 111 μονοπάτια. Επιπλέον, συνολικά 8.723 διαφορικά εκφρασμένοι μεταγραφικοί παράγοντες (TFs) ταυτοποιήθηκαν στο R έναντι του B, και αυτοί οι TFs κατανεμήθηκαν σε 56 οικογένειες γονιδίων. Τα μεταβονομικά αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι συνολικά 184 μεταβολίτες και 99 διαφορικά εκφρασμένοι μεταβολίτες (DEMs) (42 ρυθμισμένοι προς τα πάνω και 57 προς τα κάτω) εντοπίστηκαν στις θεραπείες με κόκκινο και μπλε φως. Η ολοκληρωμένη ανάλυση του μεταγραφώματος και του μεταβολισμού αποκάλυψε ότι συνολικά 24 μονοπάτια περιλάμβαναν 70 ενώσεις (μεταβολίτες) και συσχετίστηκαν με 28 μονογονίδια. Συγκεκριμένα, αυτές οι οδοί περιελάμβαναν μεταβολισμό αμύλου και σακχαρόζης, βιοσύνθεση φαινυλοπροπανοειδών, μεταβολισμός κυστεΐνης και μεθειονίνης, γλυκόλυση/γλυκονεογένεση και αλληλομετατροπές πεντόζης και γλυκουρονικού. Τα unigenes περιελάμβαναν συνθετάση ασπαραγίνης (AS), κινάση θυμιδίνης (TK), άλφα, άλφα-τρεαλόζη-φωσφορική συνθάση (TPS), φωσφατάση IMPL1 (IMPL1), 4-αναγωγάση διυδροφλαβονόλης (D4R) και λιγάση παρόμοια με 4-κουμαρικό CoA 6 (4CL6), διλειτουργική αφυδρογονάση ασπαρτοκινάσης-ομοσερίνης 1 (thrA) και ισομορφή X1 8′-υδροξυλάσης 2 ασπισικού οξέος (ABA8). Υποδείχθηκε ότι αυτά τα μονοπάτια και τα γονίδια μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του MCB. Αυτή η μελέτη έθεσε τα θεμέλια για τη μελλοντική έρευνα του MCB. φωσφατάση IMPL1 (IMPL1), 4-αναγωγάση διυδροφλαβονόλης (D4R) και 6 παρόμοια με 4-κουμαρικό-CoA λιγάση (4CL6), διλειτουργική αφυδρογονάση ασπαρτοκινάσης-ομοσερίνης 1 (thrA) και 8′-ισοβΑ881 ασπισικό οξύ (ισοβΑ881) ). Υποδείχθηκε ότι αυτά τα μονοπάτια και τα γονίδια μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του MCB. Αυτή η μελέτη έθεσε τα θεμέλια για τη μελλοντική έρευνα του MCB. φωσφατάση IMPL1 (IMPL1), 4-αναγωγάση διυδροφλαβονόλης (D4R) και 6 παρόμοια με 4-κουμαρικό-CoA λιγάση (4CL6), διλειτουργική αφυδρογονάση ασπαρτοκινάσης-ομοσερίνης 1 (thrA) και 8′-ισοβΑ881 ασπισικό οξύ (ισοβΑ881) ). Υποδείχθηκε ότι αυτά τα μονοπάτια και τα γονίδια μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του MCB. Αυτή η μελέτη έθεσε τα θεμέλια για τη μελλοντική έρευνα του MCB.
Εισαγωγή
Το Mesona chinensis Benth (MCB), που ανήκει στην οικογένεια Lamiaceae, είναι μονοετές ή πολυετές βότανο. Είναι ένα οικονομικά σημαντικό φυτό που καλλιεργείται ευρέως στη Νότια Κίνα και τις χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας (Ren et al., 2019; Tang et al., 2020). Περιλαμβάνει πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή, βιταμίνες, αμινοξέα, λίπος, φυτικές ίνες και πολυφαινόλες (Su et al., 2011; Tang et al., 2020). Οι πολυσακχαρίτες M. Chinensis Benth (MCP) αποτελούνται από οκτώ μονοσακχαρίτες, συμπεριλαμβανομένων των γαλακτουρονικού οξέος, γλυκόζης, γαλακτόζης, ξυλόζης, μαννόζης, ραμνόζης, ριβόζης και γλυκουρονικού οξέος, με τα μοριακά ποσοστά 28,4, 26,5, 16,6,5,7,10 4,2 και 0,9%, αντίστοιχα (Zhang et al., 2013). Ως μία από τις λειτουργικές δραστικές ουσίες, το MCP έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των διαφόρων βιολογικών δραστηριοτήτων του, συμπεριλαμβανομένων των αντικαρκινικών, αντιοξειδωτικών, αντιικών, και υπογλυκαιμικές δραστηριότητες (Huang et al., 2018; Wang et al., 2019; Xiao et al., 2019). Εκτός από τις φαρμακευτικές του αξίες, το MCB χρησιμοποιείται ως φυτικό ρόφημα στην Κίνα και στις χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας και επίσης ως πηγή πρώτων υλών σε βιομηχανίες τροφίμων και βιομηχανίες συσκευασίας, όπως φυσική χρωστική ουσία τροφίμων, νέο ψυκτικό, φιλμ τροφίμων και παράγοντα επικάλυψης (Cheng et al., 2015; Yang et al., 2015a,b; Huang et al., 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB. Εκτός από τις φαρμακευτικές του αξίες, το MCB χρησιμοποιείται ως φυτικό ρόφημα στην Κίνα και στις χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας και επίσης ως πηγή πρώτων υλών σε βιομηχανίες τροφίμων και βιομηχανίες συσκευασίας, όπως φυσική χρωστική ουσία τροφίμων, νέο ψυκτικό, φιλμ τροφίμων και παράγοντα επικάλυψης (Cheng et al., 2015; Yang et al., 2015a,b; Huang et al., 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB. Εκτός από τις φαρμακευτικές του αξίες, το MCB χρησιμοποιείται ως φυτικό ρόφημα στην Κίνα και στις χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας και επίσης ως πηγή πρώτων υλών σε βιομηχανίες τροφίμων και βιομηχανίες συσκευασίας, όπως φυσική χρωστική ουσία τροφίμων, νέο ψυκτικό, φιλμ τροφίμων και παράγοντα επικάλυψης (Cheng et al., 2015; Yang et al., 2015a,b; Huang et al., 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB. Το MCB χρησιμοποιείται ως ποτό βοτάνων στην Κίνα και τις χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας και επίσης ως πηγή πρώτων υλών σε βιομηχανίες τροφίμων και βιομηχανίες συσκευασίας, όπως φυσική χρωστική ουσία τροφίμων, νέο ψυκτικό, φιλμ τροφίμων και παράγοντα επικάλυψης (Cheng et al., 2015 ; Yang et al., 2015a,b; Huang et al., 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB. Το MCB χρησιμοποιείται ως ποτό βοτάνων στην Κίνα και τις χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας και επίσης ως πηγή πρώτων υλών σε βιομηχανίες τροφίμων και βιομηχανίες συσκευασίας, όπως φυσική χρωστική ουσία τροφίμων, νέο ψυκτικό, φιλμ τροφίμων και παράγοντα επικάλυψης (Cheng et al., 2015 ; Yang et al., 2015a,b; Huang et al., 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB. 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB. 2019; Ren et al., 2019). Τα τελευταία χρόνια, λόγω του σχετικά υψηλού επιπέδου καλλιέργειας και μέτρων διαχείρισης του MCB, οι αγρότες δεν είναι πρόθυμοι να το φυτέψουν, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή προσφορά MCB στην Κίνα και τη μεγάλη εισαγωγή πρώτων υλών MCB από χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας. Ως εκ τούτου, εκτός από την παραδοσιακή καλλιέργεια του αγρού, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν και άλλα πολιτιστικά καθεστώτα του MCB.
Το εργοστάσιο φυτών είναι μια επανάσταση για το παραδοσιακό σύστημα καλλιέργειας για την αντιμετώπιση των ζητημάτων της συρρίκνωσης της γεωργικής γης και της αύξησης του πληθυσμού (Ηνωμένα Έθνη [ΟΗΕ], 2017). Σε ένα εργοστάσιο, ο ηλεκτρικός εξοπλισμός χρησιμοποιείται για τον έλεγχο όλων των εμπλεκόμενων περιβαλλοντικών παραγόντων, για παράδειγμα, της κατάστασης φωτισμού, της θερμοκρασίας και της παροχής διατροφής (Kim et al., 2013; Zha and Liu, 2018). Το φως είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών (He et al., 2020a) και που καθορίζουν τη φωτοσύνθεση και στη συνέχεια την παραγωγή και τη συσσώρευση υδατανθράκων (Wei et al., 2020). Η τεχνολογία διόδων εκπομπής φωτός (LED) παρέχει μια ουσιαστικά ξεχωριστή και ενεργειακά αποδοτική προσέγγιση για τις γεωργικές βιομηχανίες (Ballare et al., 2012). Το σύστημα φωτός LED επιτρέπει τη ρύθμιση του φάσματος, της φασματικής σύνθεσης, και την ένταση του φωτός για την παροχή καλύτερων συνθηκών ανάπτυξης για εμπορικές καλλιέργειες, φρούτα, ανθοφόρα φυτά, ακόμη και δέντρα (Yeh and Chung, 2009, Tayebeh et al., 2020). Θεωρητικά, σε ένα πλαίσιο εργοστασίων φυτών, εάν όλοι οι παράγοντες βρίσκονται στο πιο ευνοϊκό επίπεδο, ορισμένα συγκεκριμένα φυτά μπορούν να αναπτύσσονται συνεχώς και αποτελεσματικά. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το MCB είναι ένα ετήσιο ή πολυετές βότανο και μπορεί να είναι κατάλληλο για καλλιέργεια σε εργοστάσια φυτών.
Το τεχνητό φως είναι απαραίτητο σε ένα εργοστάσιο φυτών και τα κόκκινα (R) και μπλε (B) φώτα είναι τα δύο κύρια μήκη κύματος που οδηγούν τη φωτοσύνθεση (Tandeau de Marsac and Houmard, 1993; He et al., 2020c). Το κόκκινο φως είναι ένα συστατικό του ηλιακού φάσματος που επηρεάζει έντονα τους φυτικούς ιστούς (Kuo et al., 2015), ενώ το μπλε φως είναι ένα σημαντικό περιβαλλοντικό σήμα για διάφορους οργανισμούς που ρυθμίζει τις διαδικασίες ανάπτυξης και ανάπτυξής τους μέσω φωτοϋποδοχέων (Sano et al., 2009). . Αν και τα μπλε και κόκκινα φώτα είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη πολλών φυτών, όπως η πατάτα (He et al., 2020c), το καρπούζι (Bantis et al., 2020), η σημύδα (Saebo et al., 1995), το μαρούλι, τα φυτά φιστικιών (Poulet et al., 2014; Li et al., 2018) και φυτά φασολιών (Hiromichi and Kazuhiro, 2000), λίγες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στις επιδράσεις καθενός στην ανάπτυξη του MCB σε ένα εργοστάσιο φυτών. Σε αυτή τη μελέτη, εξετάσαμε και αναλύσαμε τις φυσιολογικές, βιοχημικές, κυτταρολογικές και μοριακές αποκρίσεις στα κόκκινα και μπλε φώτα στο MCB. Αυτή η μελέτη παρέχει καθοδήγηση για την καλλιέργεια του MCB σε εργοστάσια φυτών και θέτει τα θεμέλια για τη μελλοντική έρευνα της μοριακής βιολογίας MCB.
Υλικά και μέθοδοι
Υλικά και Πειραματικές Θεραπείες
Ως φυτικά υλικά χρησιμοποιήθηκαν κοπτικά σπορόφυτα Mesona chinensis Benth ύψους περίπου 10–15 cm. Τα σπορόφυτα μεταφυτεύθηκαν στο πλαίσιο καλλιέργειας στο εργοστάσιο φυτών με συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου 25°C και υγρασίας 70%. Τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε μπλε (200 μmol m –2 s –1 ) και κόκκινο (200 μmol m –2 s –1) ανάβει σε ώρα ημέρας/νύχτας 16/8 ωρών, αντίστοιχα. Όλα τα φυτά καλλιεργήθηκαν χρησιμοποιώντας την υδροπονική μέθοδο με 1/2 θρεπτικό διάλυμα Hoagland. Μετά από 1 μήνα, μετρήθηκαν και συλλέχθηκαν τα δεδομένα για την ανάπτυξη του MCB. Εν τω μεταξύ, τα τρία τέταρτα αληθινά φύλλα του κορυφαίου μεριστώματος συλλέχθηκαν και καταψύχθηκαν στους -80°C για την ανάλυση του διαλυτού σακχάρου, της διαλυτής πηκτίνης, του μεταγραφώματος και του μεταβολισμού (Suzhou PANOMIX Biomedical Tech Co. Ltd., Suzhou, Κίνα).
Προσδιορισμός Αγρονομικών Χαρακτήρων
Για τη μέτρηση του φάσματος χρησιμοποιήθηκε εξοπλισμός μετρητών διόδου εκπομπής φωτός (UPRtek, MK350NPLUS). Ελήφθησαν τουλάχιστον τρία φυτά από κάθε επεξεργασία για τη μέτρηση των τιμών του νωπού βάρους, του ξηρού βάρους, του ύψους των φυτών και της ανάπτυξης του αναλυτή εδάφους και φυτών (SPAD) (SPAD-502 Chlorophyll Meter). Οι μορφολογικοί δείκτες ρίζας προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας το σύστημα ανάλυσης ριζών (WinRHIZO, Regent, Καναδάς) (Tang et al., 2019). Το διαλυτό σάκχαρο και η διαλυτή πηκτίνη μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας κιτ φυτοδιαλυτής ζάχαρης και πηκτίνης (Suzhou Grace Biotechnology Co. Ltd., Suzhou, Κίνα).
Παρατήρηση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης
Χρησιμοποιήθηκε το τρίτο αληθινό φύλλο του κορυφαίου μεριστώματος και αφαιρέθηκε η φλέβα. Η παρατήρηση με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM) αναφέρθηκε από τους Tang et al. (2018). Τα φύλλα κόπηκαν σε κομμάτια μικρού μεγέθους (περίπου 2 mm x 2 mm) και τοποθετήθηκαν σε ρυθμιστικό διάλυμα γλουταραλδεΰδης 2,5%. Στη συνέχεια τα δείγματα σταθεροποιήθηκαν στους 4°C, ξεπλύθηκαν σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών, μεταμονιμοποιήθηκαν σε 1% τετραοξείδιο του οσμίου (OsO4), αφυδατώθηκαν με μια σειρά από 50, 60, 70, 80, 90 και 100% αιθανόλη, πλύθηκαν σε 100 % ακετόνη και ενσωματωμένη. Τέλος, τα δείγματα παρατηρήθηκαν υπό σύστημα ΤΕΜ της Hitachi.
cDNA Library Construction, Sequencing, de novo Assembly
Η βιβλιοθήκη cDNA κατασκευάστηκε και αναλύθηκε η αλληλουχία σύμφωνα με τους Santos et al. (2021). Εν συντομία, ελέγχθηκε η καθαρότητα RNA και πρώτα αξιολογήθηκε η ακεραιότητα του RNA. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε περίπου 1 μg RNA ανά δείγμα για την κατασκευή βιβλιοθήκης cDNA χρησιμοποιώντας το κιτ προετοιμασίας βιβλιοθήκης NEBNext ® Ultra™ RNA για Illumina ® (NEB, Ηνωμένες Πολιτείες), ακολουθώντας τις οδηγίες του κατασκευαστή. Κατά συνέπεια, η ποιότητα της βιβλιοθήκης εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας το σύστημα Agilent Bioanalyzer 2100. Τέλος, ο προσδιορισμός της αλληλουχίας της βιβλιοθήκης RNA-Seq πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα Illumina Hiseq X Ten για ανάγνωση ζευγαριού άκρου 150 bp.
Το Trinity 1 χρησιμοποιήθηκε για de novo συναρμολόγηση μεταγραφωμάτων. Εν συντομία, οι καθαρές αναγνώσεις με ένα ορισμένο μήκος επικάλυψης αρχικά συνδυάστηκαν για να σχηματίσουν contigs και στη συνέχεια τα σχετικά contigs συγκεντρώθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό TGICL (έκδοση 2.1) (Pertea et al., 2003) για να δώσουν unigenes που δεν μπορούσαν να επεκταθούν σε κανένα άκρο και οι απολύσεις αφαιρέθηκαν για να ληφθούν μη πλεονάζοντα unigenes.
Λειτουργικός σχολιασμός των συναρμολογημένων Unigenes
Οι αλληλουχίες των unigenes αναζητήθηκαν έναντι των NR, 2 KEGG, 3 GO, 4 COG, 5 Swiss-Prot, 6και βάσεις δεδομένων TrEMBL (τιμή E ≤ 1E-5) που χρησιμοποιούν BLASTX για την ανάκτηση λειτουργικών σχολιασμών πρωτεΐνης με βάση την ομοιότητα αλληλουχίας. Επιλέχθηκαν βάσεις δεδομένων υψηλής προτεραιότητας (ακολουθούμενες από NR, Swiss-Prot και KEGG) για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης των αλληλουχιών unigene. Τα καλύτερα αποτελέσματα ευθυγράμμισης χρησιμοποιήθηκαν για την πρόβλεψη των αλληλουχιών κωδικοποιητικής περιοχής από unigenes και οι κωδικοποιητικές αλληλουχίες (CDS) μεταφράστηκαν σε αμινο αλληλουχίες χρησιμοποιώντας τον τυπικό πίνακα κωδικονίων. Το λογισμικό ESTScan (Iseli et al., 1999) χρησιμοποιήθηκε για να αποφασίσει την κατεύθυνση της αλληλουχίας των unigenes που δεν μπορούσαν να ευθυγραμμιστούν με καμία από τις παραπάνω βάσεις δεδομένων. Οι όροι GO αντιστοιχίστηκαν σε κάθε ακολουθία που σχολιάστηκε χρησιμοποιώντας BLASTX έναντι της βάσης δεδομένων Nr χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Blast2GO με το κατώφλι τιμής Ε 1Ε-5 για περαιτέρω λειτουργική κατηγοριοποίηση. Το λογισμικό WEGO (Ye et al., 2006) χρησιμοποιήθηκε για τη γραφική παράσταση της κατανομής της λειτουργικής ταξινόμησης GO των unigenes. Οι αλληλουχίες unigene ευθυγραμμίστηκαν επίσης με τη βάση δεδομένων COG για να προβλέψουν και να ταξινομήσουν πιθανές λειτουργίες και ανατέθηκαν σε σχολιασμούς μονοπατιών KEGG για την ανάλυση των μεταβολικών οδών του εσωτερικού κυττάρου και της σχετικής γονιδιακής λειτουργίας χρησιμοποιώντας BLASTX.
Ανάλυση Διαφορικής Έκφρασης και Λειτουργικός Εμπλουτισμός
Το HTSeq χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του αριθμού των αναγνώσεων που χαρτογραφήθηκαν σε κάθε γονίδιο και η μέθοδος FPKM (θραύσματα ανά κιλοβάση μοντέλου εξονίου ανά εκατομμύριο χαρτογραφημένα θραύσματα) χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της γονιδιακής έκφρασης. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση διαφορικής έκφρασης χρησιμοποιώντας το DgSeq2, q-value (ή FDR) lt; 0,01 και | ημερολόγιο 2 (αλλαγή διπλώματος [FC])| gt; 1 ορίστηκε ως το κατώφλι για σημαντική διαφορική έκφραση. Η ανάλυση εμπλουτισμού GO των διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων (DEGs) διεξήχθη χρησιμοποιώντας το GOseq, στο οποίο διορθώθηκε η μεροληψία μήκους γονιδίου. Η λειτουργική ανάλυση GO περιελάμβανε σχολιασμό λειτουργικής ταξινόμησης GO για DEG και ανάλυση λειτουργικού εμπλουτισμού GO για DEG (βάση δεδομένων Gene Ontology, βλ. υποσημείωση κειμένου 4). Οι 10 κορυφαίοι όροι GO με τη χαμηλότερη τιμή p (ο πιο σημαντικός εμπλουτισμός) επιλέχθηκαν από κάθε κατηγορία GO για εμφάνιση. Το σύστημα σχολιασμού με βάση το KO (KOBAS) χρησιμοποιήθηκε για να ελεγχθεί ο στατιστικός εμπλουτισμός των DEG σε μονοπάτια KEGG (βλ. υποσημείωση κειμένου 3). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των DEGs της ανάλυσης εμπλουτισμού KEGG, επιλέχθηκαν για εμφάνιση τα κορυφαία 30 μονοπάτια με τη χαμηλότερη τιμή p (ο πιο σημαντικός εμπλουτισμός).
Υγρή Χρωματογραφία- Ανίχνευση Φασματομετρίας Μάζας
Η εκχύλιση των μεταβολιτών διεξήχθη ως εξής. Όλα τα δείγματα ελήφθησαν σε σωλήνα EP των 2 ml, προστέθηκαν δύο χαλύβδινες σφαίρες και αλέστηκαν στον μύλο ιστού στα 50 Hz για 60 δευτερόλεπτα και στη συνέχεια τα δείγματα ομογενοποιήθηκαν. Ακριβώς ζυγισμένα 100 mg (±1%) του ομογενοποιημένου δείγματος ελήφθησαν σε σωλήνα ΕΡ των 2 ml, προστέθηκαν με ακρίβεια 0,6 ml μεθανόλης (συμπεριλαμβανομένου του εσωτερικού προτύπου) και το μίγμα στροβιλίστηκε για 30 δευτερόλεπτα. Δύο χαλύβδινες μπάλες προστέθηκαν και αλέστηκαν στον μύλο ιστών για 60 δευτερόλεπτα στα 50 Hz. Το μίγμα φυγοκεντρήθηκε στους 4°C για 10 λεπτά στις 12.000 rpm και το υπερκείμενο διηθήθηκε μέσω μεμβράνης 0,22 μm για να ληφθούν τα παρασκευασμένα δείγματα για την ανίχνευση υγρής χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας (LC-MS). Σπουδαίος, 20 μl από κάθε δείγμα μεταφέρθηκαν στα δείγματα ποιοτικού ελέγχου (QC) (δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των αποκλίσεων των αναλυτικών αποτελεσμάτων από αυτά τα μείγματα δεξαμενών και τη σύγκρισή τους με τα σφάλματα που προκαλούνται από το ίδιο το αναλυτικό όργανο). Τα υπόλοιπα δείγματα χρησιμοποιήθηκαν για την ανίχνευση LC-MS σύμφωνα με τους Zhang et al. (2020).
Τα ακατέργαστα δεδομένα LC-MS μετατράπηκαν σε αρχεία μορφής mzXML από το λογισμικό Proteowizard Data Analysis (έκδοση v3.0.8789). Στη συνέχεια, η αναγνώριση κορυφών, η διήθηση κορυφών και η ευθυγράμμιση κορυφών υποβλήθηκαν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας το XCMS 7 με το ακόλουθο προεπιλεγμένο σύνολο: ppm = 15, bw = 2, πλάτος κορυφής = c(5, 30), mzdiff = 0,01, mzwid = 0,015 και μέθοδος = centWave. Κάθε μεταβολίτης επιβεβαιώθηκε με βάση τα ακριβή μοριακά τους βάρη (MWs) και υποβλήθηκαν οι πιθανοί εμπειρικοί τύποι των μεταβολιτών (σφάλμα MW lt; 20 ppm). Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν τα ακριβή MW για τον εντοπισμό πιθανών βιοδεικτών χρησιμοποιώντας Metlin, 8 Human Metabolome Database (HMDB), 9 massbank, 10 mzCloud, 11 Lipid Maps, 12και βάση δεδομένων που κατασκευάστηκε από την Bionovogene Co. Ltd.
Quantitative Reverse Transcription-PCR Analysis
Το cDNA συντέθηκε χρησιμοποιώντας TransScript® One -Step gDNA Removal και cDNA Synthesis SuperMix και η ποσοτική αντίστροφη μεταγραφή-PCR (qRT-PCR) διεξήχθη χρησιμοποιώντας PerfectStart ® Green qPCR SuperMix (TransGen Biotech Co. Ltd.) σε ένα εφαρμοσμένο bios Επιστημονικός). Οι εκκινητές qPCR σχεδιάστηκαν και καταγράφηκαν στον Συμπληρωματικό Πίνακα 1. Το μείγμα αντίδρασης qPCR 20 μl περιείχε 1,0 μl cDNA, 0,4 μl εκκινητών, 10 μl PerfectStart ® Green qPCR SuperMix και 8,2 μl νερού χωρίς νουκλεάση. Η διαδικασία ενίσχυσης qPCR ήταν η εξής: 94°C για 30 δευτερόλεπτα, ακολουθούμενο από 40 κύκλους των 94°C για 5 δευτερόλεπτα, 60°C για 15 δευτερόλεπτα και 72°C για 10 δευτερόλεπτα. Κάθε δείγμα αναλύθηκε εις τριπλούν και η σχετική γονιδιακή έκφραση υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το 2 –△△CTμέθοδος (Livak and Schmittgen, 2001).
Στατιστική ανάλυση
Οι μέσοι όροι συγκρίθηκαν χρησιμοποιώντας τις λιγότερο σημαντικές διαφορές (Duncan) στο επίπεδο πιθανότητας 5%. Το GraphPad Prism 7, το Microsoft Office PowerPoint και το Microsoft Excel χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία δεδομένων και τη χάραξη γραφικών.
Αποτελέσματα
Το Red Light προώθησε την ανάπτυξη και την ανάπτυξη και την ποιότητα του Mesona chinensis Benth
Σε αυτή τη μελέτη, για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια του φάσματος στο εργοστάσιο των φυτών, προσδιορίστηκαν τα φάσματα των κόκκινων και μπλε φώτων (Εικόνες 1Α, Β). Το κόκκινο φως προώθησε την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του MCB σε σύγκριση με το μπλε φως (Εικόνες 1C,D). Υπό συνθήκες κόκκινου φωτός, η βιομάζα, το ύψος του φυτού και τα χαρακτηριστικά της ρίζας του MCB ήταν σημαντικά υψηλότερα από εκείνα υπό συνθήκες μπλε φωτός, ενώ το SPAD της επεξεργασίας με κόκκινο φως ήταν σημαντικά χαμηλότερο από αυτό της επεξεργασίας με μπλε φως (Εικόνα 2 ). Από αυτά, το ξηρό βάρος, το φρέσκο βάρος και το ύψος του φυτού αυξήθηκαν κατά 96,90, 163,07 και 40,20% αντίστοιχα (Εικόνες 2A–C). Σε σύγκριση με την κατάσταση μπλε φωτός, το μήκος της ρίζας, η επιφάνεια της ρίζας, ο όγκος της ρίζας και η μέση διάμετρος της ρίζας υπό συνθήκες κόκκινου φωτός αυξήθηκαν κατά 13,99, 93,05, 228,22 και 68,25%, αντίστοιχα (Εικόνες 2Ε–Η). Ωστόσο, υπό συνθήκες κόκκινου φωτός, η τιμή SPAD μειώθηκε κατά 57,50% σε σύγκριση με εκείνη υπό συνθήκες μπλε φωτός (Εικόνα 2D). Επιπλέον, το κόκκινο φως προώθησε επίσης σημαντικά την περιεκτικότητα του MCB σε διαλυτή ζάχαρη και πηκτίνη σε σύγκριση με το μπλε φως (Εικόνες 2I,J). Οι περιεκτικότητες σε διαλυτή ζάχαρη και διαλυτή πηκτίνη της επεξεργασίας με κόκκινο φως αυξήθηκαν κατά 299,48 και 217,71%, αντίστοιχα.
Εικόνα 1. Σύγκριση μορφολογικών χαρακτηριστικών και φάσματος φυτών κάτω από το κόκκινο και το μπλε φώτα. (Α, Β) Φάσμα μπλε και κόκκινου φωτός, αντίστοιχα. Άξονας Υ: λpv, άξονας Χ: μήκος κύματος; (C,D) Τα φυτά που αναπτύσσονται υπό τις συνθήκες μπλε και κόκκινου φωτός, αντίστοιχα.
Εικόνα 2. Σύγκριση της ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών, της διαλυτής ζάχαρης και της διαλυτής πηκτίνης κάτω από τα κόκκινα και μπλε φώτα. (A–J) Υπέδειξε το φρέσκο βάρος, το ξηρό βάρος, το ύψος του φυτού, το SPAD, το μήκος της ρίζας, την επιφάνεια της ρίζας, τον όγκο της ρίζας, τη μέση διάμετρο της ρίζας, το διαλυτό σάκχαρο και τη διαλυτή πηκτίνη, αντίστοιχα. FW: φρέσκο βάρος; DW: ξηρό βάρος; Ανάπτυξη αναλυτών SPAD, εδάφους και φυτών.
Red Light Changed Chloroplast Ultrastructure of Mesona chinensis Benth Leaves
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα φύλλα έγιναν ανοιχτά κίτρινα κάτω από την επεξεργασία με κόκκινο φως, ενώ ήταν πράσινα κάτω από την επεξεργασία με μπλε φως. Για περαιτέρω μελέτη των επιδράσεων των κόκκινων και μπλε φώτων στην υπερδομή των φύλλων του MCB, πραγματοποιήθηκε παρατήρηση TEM σε αυτή τη μελέτη (Εικόνα 3). Τα φύλλα και στις δύο επεξεργασίες είχαν άθικτα κυτταρικά τοιχώματα και δομές χλωροπλαστών. Οι οσμιόφιλοι κόκκοι και οι κόκκοι αμύλου παρατηρήθηκαν επίσης στα φύλλα και στις δύο επεξεργασίες. Σε σύγκριση με την επεξεργασία με μπλε φως, υπήρχαν περισσότεροι κόκκοι αμύλου στα φύλλα κάτω από την επεξεργασία με κόκκινο φως. Ωστόσο, είχαν διαφορετικές υπερδομές χλωροπλάστη. Αξιοσημείωτο είναι ότι βρέθηκε μεγάλος αριθμός κυστιδίων και το φαινόμενο της κυστιδοποίησης παρατηρήθηκε σε θυλακοειδή ελάσματα υπό την επεξεργασία με κόκκινο φως σε σύγκριση με τη θεραπεία με μπλε φως.
Εικόνα 3. Σύγκριση της υπερδομής των φύλλων MCB κάτω από τα κόκκινα και μπλε φώτα. (A,C,E) Αντιπροσώπευε την επεξεργασία μπλε φωτός. (B,D,F) Αντιπροσώπευε τη θεραπεία με κόκκινο φως. SG, αμυλόκοκκοι; OG, οσμιόφιλοι κόκκοι; CH, χλωροπλάστης; CW, κυτταρικό τοίχωμα; VTL, κυστιδοποίηση θυλακοειδούς ελασματοειδούς.
Αλληλουχία RNA, de novo συναρμολόγηση και λειτουργικός σχολιασμός
Τα δεδομένα RNA-Seq που δημιουργήθηκαν σε αυτή τη μελέτη έχουν κατατεθεί στη βάση δεδομένων Sequence Read Archive (SRA) (αριθμός πρόσβασης PRJNA741889). Οι τιμές Q30 και το ποσοστό καθαρών δεδομένων των έξι δειγμάτων ήταν πάνω από 91 και 90%, αντίστοιχα (Συμπληρωματικοί Πίνακες 2, 3). Συνολικά 171.484 μεταγραφές και 60.064 unigenes ταυτοποιήθηκαν με συνολικό μήκος 224.909.017 και 64.130.649 bp, αντίστοιχα (Συμπληρωματικός Πίνακας 4), και στη συνέχεια τα unigenes σχολιάστηκαν έναντι των NRGw, ePro, GOggfa, και NRGw, GOggfa, και NRGw, GOggfa, Συμπληρωματικοί Πίνακες 5, 6). Μεταξύ αυτών, 35.666 unigenes σχολιάστηκαν στη βάση δεδομένων NR, αντιπροσωπεύοντας το 59,38% των μεταγραφών, ενώ 16.617 (27,67%), 14.347 (23,89%), 19.235 (32,02%), 37,24,5% και 34,24,5% (27,67%), 19,235 (32,02%), 37,24,5% και 37,24,5% (27,67%) (27,67%). ) τα unigenes θα μπορούσαν να σχολιαστούν στα GO, KEGG, Pfam, eggNOG και Swissport, αντίστοιχα (Συμπληρωματικός Πίνακας 7). Η ανάλυση GO αποκάλυψε ότι συνολικά 24, 24 και 19 όροι GO εμπλέκονταν σε βιολογικές διεργασίες, κυτταρικά συστατικά και μοριακές λειτουργίες, αντίστοιχα (Συμπληρωματικό Σχήμα 1). Επιπλέον, λάβαμε τα ενεργά βιολογικά λειτουργικά μονοπάτια σε unigenes φύλλων MCB από τη βάση δεδομένων μονοπατιών KEGG. Συνολικά 9.573 unigenes ευθυγραμμίστηκαν με 35 ταξινομήσεις και τα μονοπάτια χωρίστηκαν σε πέντε κατηγορίες που περιείχαν μεταβολισμό, επεξεργασία γενετικών πληροφοριών, επεξεργασία περιβαλλοντικών πληροφοριών, κυτταρικές διεργασίες και οργανικά συστήματα (Συμπληρωματικό Σχήμα 2). λάβαμε τα ενεργά βιολογικά λειτουργικά μονοπάτια σε unigenes φύλλων MCB από τη βάση δεδομένων μονοπατιών KEGG. Συνολικά 9.573 unigenes ευθυγραμμίστηκαν με 35 ταξινομήσεις και τα μονοπάτια χωρίστηκαν σε πέντε κατηγορίες που περιείχαν μεταβολισμό, επεξεργασία γενετικών πληροφοριών, επεξεργασία περιβαλλοντικών πληροφοριών, κυτταρικές διεργασίες και οργανικά συστήματα (Συμπληρωματικό Σχήμα 2). λάβαμε τα ενεργά βιολογικά λειτουργικά μονοπάτια σε unigenes φύλλων MCB από τη βάση δεδομένων μονοπατιών KEGG. Συνολικά 9.573 unigenes ευθυγραμμίστηκαν με 35 ταξινομήσεις και τα μονοπάτια χωρίστηκαν σε πέντε κατηγορίες που περιείχαν μεταβολισμό, επεξεργασία γενετικών πληροφοριών, επεξεργασία περιβαλλοντικών πληροφοριών, κυτταρικές διεργασίες και οργανικά συστήματα (Συμπληρωματικό Σχήμα 2).
Ταυτοποίηση διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων και μονοπατιών
Χρησιμοποιώντας το λογισμικό RSEM και τις ακολουθίες μεταγραφής ως αναφορά, ευθυγραμμίσαμε τις καθαρές αναγνώσεις κάθε δείγματος με την ακολουθία αναφοράς. Στη συνέχεια, ο αριθμός των αναγνώσεων που ευθυγραμμίστηκαν σε κάθε γονίδιο μετρήθηκε σε κάθε δείγμα και υπολογίστηκαν οι τιμές FPKM κάθε γονιδίου (Συμπληρωματικός Πίνακας 8). Η τιμή FPKM μεταξύ 1 και 10 ήταν κυρίαρχη σε διαφορετικές περιοχές επιπέδων έκφρασης (Εικόνες 4Α, Β). Πριν από την ανάλυση DEGs, αναλύθηκε η συσχέτιση του επιπέδου γονιδιακής έκφρασης μεταξύ των δειγμάτων για τον έλεγχο της αξιοπιστίας του πειράματος και του ορθολογισμού της συλλογής δειγμάτων. Ο συντελεστής συσχέτισης του Pearson των επιπέδων γονιδιακής έκφρασης υπό τη συνθήκη μπλε φωτός κυμαινόταν από 0,93 έως 0,97, ενώ υπό συνθήκες κόκκινου φωτός κυμαινόταν από 0,99 έως 1,00 (Εικόνα 4Γ). Επιπλέον, τα δείγματα υπό τις δύο επεξεργασίες διέφεραν επίσης αξιοσημείωτα από την ανάλυση του κύριου συστατικού (PCA) (Εικόνα 4D). Ως εκ τούτου, υποδείχθηκε ότι τα δεδομένα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για περαιτέρω ανάλυση DEG.
Εικόνα 4. Ανάλυση δεδομένων αλληλουχίας RNA έξι δειγμάτων. (Α, Β) Η κατανομή πυκνότητας του FPKM. (Γ) Δοκιμή συσχέτισης έξι δειγμάτων. (Δ) Ανάλυση PCA έξι δειγμάτων.
Για να αναγνωρίσουμε τα γονίδια που εμπλέκονται στην ανάπτυξη του MCB, αναλύσαμε τα DEGs μεταξύ των θεραπειών κόκκινου και μπλε φωτός με τις ακόλουθες παραμέτρους: τιμή p lt; 0,05 και | ημερολόγιο 2 FC| ≥ 1. Ανιχνεύθηκαν συνολικά 4.165 DEG, συμπεριλαμβανομένων 2.034 ρυθμισμένων προς τα πάνω και 2.131 μειωμένων ρυθμίσεων (Εικόνα 5Α). Μεταξύ αυτών, σημειώθηκαν 2-5 φορές αλλαγές στην έκφραση της πλειοψηφίας των DEG (1.518 ρυθμισμένες προς τα πάνω και 1.718 προς τα κάτω) (Εικόνα 5Β).
Σχήμα 5. Στατιστικά γονιδίων διαφορικής έκφρασης (DEGs) και ανάλυση λειτουργικού εμπλουτισμού μεταξύ των θεραπειών με κόκκινο και μπλε φως. (Α) Στατιστική ανάλυση DEGs. (Β) Κατανομή των DEG με βάση διαφορετικά κατώφλια αλλαγής πτυχών. (C,D) Ανάλυση εμπλουτισμού GO και KEGG, αντίστοιχα.
Η ανάλυση GO αποκάλυψε ότι οι DEG κατηγοριοποιήθηκαν σε ορισμένα κυτταρικά συστατικά, μοριακές λειτουργίες και βιολογικές διεργασίες (Εικόνα 5Γ). Η ανάλυση κυτταρικών συστατικών έδειξε ότι ο πιο σημαντικός εμπλουτισμός των DEGs ενέχεται στο θυλακοειδή, ακολουθούμενο από τον χλωροπλάστες, το πλαστίδιο και τη φωτοσυνθετική μεμβράνη. Όσον αφορά τις μοριακές λειτουργίες, η δραστικότητα οξειδοαναγωγάσης ήταν ο πιο σημαντικός εμπλουτισμός. Όσον αφορά τις βιολογικές διεργασίες, η διαδικασία οξείδωσης-αναγωγής και η φωτοσύνθεση ήταν τα σημαντικά υπερεκπροσωπούμενα στοιχεία.
Περαιτέρω ανάλυση KEGG αποκάλυψε ότι συνολικά, 1.112 DEG, συμπεριλαμβανομένων 410 γονιδίων που ρυθμίζονται προς τα πάνω και 702 προς τα κάτω, συσχετίζονται με 111 μονοπάτια (Συμπληρωματικός Πίνακας 9). Όλα τα κορυφαία 30 πιο σημαντικά μονοπάτια εμπλουτισμού χωρίστηκαν σε επεξεργασία περιβαλλοντικών πληροφοριών, μεταβολισμό και οργανικά συστήματα (Εικόνα 5Δ). Από αυτά, μόνο τα μονοπάτια σηματοδότησης της φυτικής MAPK και η μεταγωγή σήματος φυτικής ορμόνης ήταν ο πιο σημαντικός εμπλουτισμός στην επεξεργασία περιβαλλοντικών πληροφοριών και ο κιρκάδιος ρυθμός φυτών και οι οδοί αλληλεπίδρασης φυτού-παθογόνου ήταν οι δύο πιο αντιπροσωπευτικές οδοί στα οργανικά συστήματα. Συγκεκριμένα, οι υπόλοιπες 26 οδοί, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού αμύλου και σακχαρόζης, της οδού φωσφορικής πεντόζης, της βιοσύνθεσης φλαβονοειδών, της φωτοσύνθεσης και του μεταβολισμού της πορφυρίνης και της χλωροφύλλης, συμμετείχαν στο μεταβολισμό.
Οι μεταγραφικοί παράγοντες ρυθμίζουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών, την απόκριση στο περιβαλλοντικό στρες και τη βιοσύνθεση δευτερογενών μεταβολιτών αναστέλλοντας ή ενεργοποιώντας τη γονιδιακή έκφραση (Latchman, 1993· Chen et al., 2021). Σε αυτή τη μελέτη, ταυτοποιήθηκαν συνολικά 8.723 διαφορικά εκφρασμένα TF και κατανεμήθηκαν σε 56 οικογένειες γονιδίων (Συμπληρωματικό Σχήμα 3 και Συμπληρωματικός Πίνακας 10). Υποδείχθηκε ότι αυτά τα TF μπορεί να σχετίζονται με την ανάπτυξη MCB.
Προφίλ του μεταβολισμού μεταξύ των θεραπειών κόκκινου και μπλε φωτός
Σε αυτή τη μελέτη, οι μεταβολίτες εκχυλίστηκαν από δείγματα φύλλων με έξι επαναλήψεις και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας LC-MS. Συνολικά 184 μεταβολίτες αναγνωρίστηκαν στις θεραπείες με κόκκινο και μπλε φως (Συμπληρωματικός Πίνακας 11 και Συμπληρωματικό Σχήμα 4). Με βάση αυτούς τους μεταβολίτες, η PCA και η σχετική τυπική απόκλιση (RSD) έδειξαν ότι τα δεδομένα ήταν αξιόπιστα (Συμπληρωματικό Σχήμα 5). Οι μεταβολίτες περιελάμβαναν υδατάνθρακες και συζυγείς υδατάνθρακες (CCC), αλκοόλες και πολυόλες (AP), αμινοξέα, πεπτίδια και ανάλογα (AAPA), λιπαρά οξέα και συζυγή (FAC), αμίνες (Α), εικοσανοειδή (Ε), λινολεϊκά οξέα, και παράγωγα (LAD), 1-υδροξυ-2-μη υποκατεστημένα βενζενοειδή (1H2UB), κετοοξέα και παράγωγα βραχείας αλυσίδας (SKAD), τρικαρβοξυλικά οξέα και παράγωγα (TAD) και νουκλεοτίδια κυκλικής πουρίνης (CPN), που αντιστοιχούν σε 18,42, 19. , 26.21, 11.65, 5.83, 3.88, 3.88, 2.91,
Επιπλέον, βρήκαμε 99 DEM μεταξύ των επεξεργασιών κόκκινου και μπλε φωτός, συμπεριλαμβανομένων 42 ρυθμισμένες προς τα πάνω και 57 ρυθμισμένες προς τα κάτω (Εικόνα 6Α). Για να δείξουμε τη λειτουργία των μεταβολιτών που εμπλέκονται στην ανάπτυξη MCB, αναλύσαμε τα 99 DEM χρησιμοποιώντας τη βάση δεδομένων KEGG. Συνολικά 53 μονοπάτια βρέθηκαν όταν τα DEMs μεταξύ των δύο θεραπειών εισήχθησαν στο KEGG (Εικόνα 6Β). Από αυτές, με βάση τις βαθμολογίες επιπτώσεων της οδού (gt;0,1), προσδιορίσαμε τις 17 πιο σχετικές μεταβολικές οδούς (Πίνακας 1). Επιπλέον, επτά οδοί ήταν σε εξαιρετικά σημαντικό επίπεδο (p lt; 0,01), συμπεριλαμβανομένης της βιοσύνθεσης φλαβονών και φλαβονόλης (FFB), μεταβολισμού ασπαρτικού και γλουταμικού (AAGM), μεταβολισμού κυστεΐνης και μεθειονίνης (CMM), μεταβολισμού γαλακτόζης (GM), αργινίνης και προλίνης μεταβολισμό (APM), κύκλο κιτρικών (κύκλος TCA) και βιοσύνθεση λυσίνης (LB). Μόνο ένα μονοπάτι, Ο μεταβολισμός γλυοξυλικών και δικαρβοξυλικών, ήταν σε σημαντικό επίπεδο (p lt; 0,05). Οι υπόλοιπες εννέα οδοί ήταν στατιστικά μη σημαντικές (p gt; 0,05).
Εικόνα 6. Ανάλυση διαφορικά εκφραζόμενων μεταβολιτών (DEMs) και οδού KEGG. (Α) DEM που προσδιορίζονται μεταξύ των επεξεργασιών κόκκινου και μπλε φωτός. (Β) Ανάλυση της διαδρομής KEGG των DEMs.
Πίνακας 1. Αποτελέσματα από την ανάλυση μονοπατιού KEGG.
Ολοκληρωτική Ανάλυση Μεταγραφώματος και Μεταβολισμού
Με βάση τα δεδομένα DEGs και DEMs, πραγματοποιήσαμε μια ολοκληρωμένη ανάλυση του μεταγραφώματος και του μεταβολισμού μεταξύ των θεραπειών με κόκκινο και μπλε φως. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι συνολικά 24 μονοπάτια περιελάμβαναν 70 ενώσεις (μεταβολίτες) και εμπλέκονταν σε 28 unigenes (Πίνακας 2). Αυτές οι οδοί περιελάμβαναν μεταβολισμό αμύλου και σακχαρόζης (C00092 και C00185), βιοσύνθεση φαινυλοπροπανοειδών (C00079), μεταβολισμό κυστεΐνης και μεθειονίνης (C00019, C00049, C00073, C00109, C00170, και γλυκογονική C000170, και C00170, 1 γλυκογονογλυκόνη C00073, C00073, C00173, C00170 και C00170 C00026 και C05411). Αυτά τα γονίδια περιελάμβαναν συνθετάση ασπαραγίνης (AS), κινάση θυμιδίνης (TK), άλφα, συνθάση άλφα-τρεαλόζης-φωσφορικής (TPS), φωσφατάση IMPL1 (IMPL1), διυδροφλαβονόλη 4-αναγωγάση (D4R) και παρόμοια με λιγάση 4-κουμαρικού CoA 6 (4CL6), διλειτουργική αφυδρογονάση ασπαρτοκινάσης-ομοσερίνης (thrA), και ισόμορφη X1 8′-υδροξυλάσης 2 ασπισικού οξέος (ABA8 ή CYP707A2), τα οποία εκφράστηκαν διαφορικά μεταξύ των δύο αγωγών (Εικόνα 7). Υποδείχθηκε ότι αυτά τα μονοπάτια και τα γονίδια μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του MCB.
Πίνακας 2. Αποτελέσματα ολοκληρωμένης ανάλυσης μεταγραφώματος και μεταβολώματος.
Εικόνα 7. Το επίπεδο έκφρασης των AS, TK, TPS, IMPL1, D4R, 4CL6, thrA και ABA8 μεταξύ των θεραπειών κόκκινου και μπλε φωτός.
Επαλήθευση διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων με χρήση ποσοτικής αντίστροφης μεταγραφής -PCR
Για την επαλήθευση της αξιοπιστίας των δεδομένων αλληλουχίας μεταγραφομένων, οκτώ υποψήφιοι DEG (AS, TK, TPS, IMPL1, D4R, 4CL, thrA και ABA8) επιλέχθηκαν και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας qRT-PCR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δεδομένα μας ήταν σύμφωνα με αυτά που ελήφθησαν με το RNA-Seq (Εικόνα 7). Αυτά έδειξαν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της ανάλυσης DEGs.
Συζήτηση
Το Red Light προώθησε την ανάπτυξη και την ανάπτυξη και την ποιότητα του Mesona chinensis Benth
Το φως είναι η βασική πηγή ενέργειας της φωτοσύνθεσης και ο κύριος περιβαλλοντικός παράγοντας που ρυθμίζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών σε όλο τον κύκλο ζωής των φυτών (Devlin et al., 2007). Η ανάπτυξη και η ανάπτυξη των φυτών δεν περιορίζεται μόνο από την ένταση του φωτός αλλά επηρεάζεται επίσης από την ποιότητα του φωτός, δηλαδή το φως και την ακτινοβολία διαφορετικών μηκών κύματος (Paradiso and Proietti, 2021). Το ηλιακό φάσμα χωρίζεται χονδρικά σε υπεριώδη ακτινοβολία (υπεριώδης, UV lt; 400 nm: UV-A, 320–400 nm, UV-B, 280–320 nm, UV-C, lt;280 nm, 100–280 nm), ορατή ή φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία (PAR) (PAR, 400–700 nm: μπλε φως, 400–500 nm, πράσινο φως, 500–600 nm, κόκκινο φως, 600–700 nm) και υπέρυθρη ακτινοβολία (700–800 nm) ( Xu et al., 2015). Το κόκκινο φως και το μπλε φως είναι οι κύριες πηγές ενέργειας για την αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα και έχουν πρωταρχικές επιπτώσεις στη βιοσύνθεση των υδατανθράκων και στην ανάπτυξη των φυτών (Lim and Eom, 2013; He et al., 2020b). Το κόκκινο φως επηρέασε το ύψος και την περιοχή των φύλλων των φυτών φασολιών (Hiromichi and Kazuhiro, 2000) και των φυτών πατάτας (Miyashita et al., 1997; Lee et al., 2011). Οι Bantis et al. (2016) ανέφερε ότι το κόκκινο φως αύξησε το ξηρό βάρος των δενδρυλλίων καρπουζιού. Τα φυτά φυστικιών και μαρουλιού κάτω από υψηλή αναλογία κόκκινου φωτός εμφάνισαν επίσης ενισχυμένη συσσώρευση βιομάζας (Poulet et al., 2014; Li et al., 2018). Το κόκκινο φως καθόρισε καλύτερη ανάπτυξη σε σύγκριση με το μπλε φως στο μαρούλι (Yanagi et al., 1996). Σε αυτή τη μελέτη, το κόκκινο φως προώθησε την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του MCB σε σύγκριση με το μπλε φως, ειδικά στο ύψος του φυτού, το ξηρό και φρέσκο βάρος, και ανάπτυξη ριζών (Εικόνες 2Α–Η). Ήταν συνεπής με τα αποτελέσματα που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Η διαφορά ήταν ότι το κόκκινο φως μείωσε την περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη στα φύλλα του MCB σε σύγκριση με το μπλε φως. Ήταν συνεπής με τα αποτελέσματα της μελέτης για το κρεμμύδι της Ουαλίας (Gao et al., 2020). Ο λόγος μπορεί να είναι ότι η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη θα μπορούσε να αυξηθεί από το μπλε φως (He et al., 2020b).
Ως απόκριση στις αλλαγές στο φάσμα φωτός, τα φυτά είναι ικανά να προσαρμοστούν στις περιβαλλοντικές αλλαγές συσσωρεύοντας μια ποικιλία μεταβολιτών, συμπεριλαμβανομένων πολυσακχαριτών, φλαβονοειδών, τριτερπενοειδών και φαινολικών ενώσεων (Ibrahim and Jaafar, 2012). Μελέτες ανέφεραν ότι το κόκκινο φως αύξησε τον αριθμό των φαινολικών ενώσεων στα φύλλα του μαρουλιού και των στελεχών τομάτας (Li and Kubota, 2009· Kim et al., 2013), Ocimum basilicum (Bantis et al., 2016) και Perovskia lamiaceae ( Ghaffari et al., 2019), και προώθησε επίσης την περιεκτικότητα σε ανθοκυανίνη στο Brassica oleracea L. var. acephala DC (Lefsrud et al., 2008) και φύλλα κόκκινου λάχανου (Mizuno et al., 2001). Εν τω μεταξύ, κάτω από το κόκκινο φως, η περιεκτικότητα σε διαλυτή ζάχαρη και ολική ζάχαρη αυξήθηκε σημαντικά στις ντομάτες (Pu et al., 2005). Σε αυτη τη ΜΕΛΕΤΗ, το κόκκινο φως προώθησε σημαντικά το περιεχόμενο της διαλυτής ζάχαρης και της πηκτίνης του MCB σε σύγκριση με το μπλε φως (Εικόνες 2I,J). Η πηκτίνη ήταν ένα σημαντικό συστατικό των πολυσακχαριτών MCB, το οποίο ήταν το πρότυπο για τη μέτρηση της ποιότητας του MCB. Καθώς το κόκκινο φως είχε θετικά αποτελέσματα στη βιομάζα και την ποιότητα του MCB, μπορεί να είναι εφικτό να συμπληρωθεί το κόκκινο φως στην παραγωγή για να προωθηθεί η ανάπτυξη και η ανάπτυξη και η ποιότητα του MCB.
Απαντήσεις της Υπερδομής Χλωροπλάστη του Mesona chinensis Benth Leaves στα Κόκκινα και Μπλε Φώτα
Οι χλωροπλάστες περιέχουν χλωροφύλλη και είναι πλούσιοι σε θυλακοειδή μεμβράνες που μπορούν να απορροφήσουν και να μετασχηματίσουν την φωτεινή ενέργεια (Kirchhoff, 2019) έτσι ώστε να είναι οι θέσεις φωτοσύνθεσης στα φυτικά κύτταρα (Barry et al., 2012; Tang et al., 2018). Εάν η σύνθεση χλωροφύλλης μειωνόταν ή παρεμποδιζόταν, η υπερδομή του χλωροπλάστη θα άλλαζε (Zhang et al., 2014). Η ποιότητα του φωτός ήταν ένας από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρέασαν την ανάπτυξη των χλωροπλαστών. Κάτω από το μπλε φως, ο αριθμός των ελασμάτων grana ήταν ο υψηλότερος με τα περισσότερα στοιβαγμένα ελάσματα και τους ελάχιστους κόκκους αμύλου στον χλωροπλάστη, ενώ τα φύλλα που αναπτύχθηκαν μόνο κάτω από το κόκκινο φως εμφάνιζαν δυσλειτουργική φωτοσυνθετική συσκευή (Wang et al., 2015). Σε ορεινό βαμβάκι, τα σπορόφυτα που αναπτύχθηκαν κάτω από μπλε LED έδειξαν επίσης υψηλή ακεραιότητα της υπερδομής του χλωροπλάστη με ορατή φυλλώδη δομή (Li et al., 2010). Οι Gao et al. (2020) ανέφερε ότι οι χλωροπλάστες των φύλλων που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με μπλε και κόκκινο φως ήταν άθικτοι και συνέβαλαν στη φωτοσύνθεση, ενώ το κίτρινο φως ανέστειλε την ανάπτυξη χλωροπλαστών. Στην έρευνά μας, τα φύλλα κάτω από την επεξεργασία του κόκκινου και του μπλε φωτός είχαν επίσης ανέπαφη υπερδομή χλωροπλάστη. Ωστόσο, σε σύγκριση με τη θεραπεία με μπλε φως, υπήρχαν περισσότεροι κόκκοι αμύλου στα φύλλα υπό την επεξεργασία με κόκκινο φως και ένας μεγάλος αριθμός κυστιδίων βρέθηκε στο θυλακοειδές έλασμα των φύλλων κάτω από την επεξεργασία με κόκκινο φως (Εικόνα 3). . Θα μπορούσε να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το μπλε φως ήταν ένα βασικό σήμα για την ανάπτυξη χλωροπλάστη (Wang et al., 2015). Ωστόσο, το κόκκινο φως είχε διαφορετικά αποτελέσματα στην ανάπτυξη χλωροπλάστη. Αυτές οι συγκρίσεις θα μπορούσαν να υποστηρίξουν την υπόθεση ότι υπήρχαν ειδικές για τα είδη αποκρίσεις στο φωτεινό περιβάλλον (Gao et al., 2020).
Συμβολή στην κατανόηση των χημικών συστατικών του Mesona chinensis Benth
Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι το MCB περιείχε πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή, τριτερπενοειδή, φαινόλες και άλλα χημικά συστατικά (Lin et al., 2013). Το MCP αποτελούνταν από οκτώ μονοσακχαρίτες, μεταξύ των οποίων μαννόζη, ραμνόζη, ριβόζη, γλυκουρονικό οξύ, γαλακτουρονικό οξύ, γλυκόζη, γαλακτόζη και ξυλόζη (Zhang et al., 2013). Η κερκετίνη ήταν το κύριο συστατικό των φλαβονοειδών (Liu, 1995), το ουρσολικό οξύ και το ολεανολικό οξύ ήταν τα κυρίαρχα συστατικά των τριτερπενοειδών (Shyu et al., 2008), και το καφεϊκό οξύ (η υψηλότερη περιεκτικότητα) και η επικατεχίνη ήταν τα κύρια συστατικά των φαινολών ( Qiu et al., 2010) στο MCB. Εκτός από τους πολυσακχαρίτες, τα φλαβονοειδή, τα τριτερπενοειδή και τις φαινόλες, το MCB περιείχε επίσης μέταλλα (όπως σίδηρο, ασβέστιο, μαγνήσιο, μαγγάνιο, ψευδάργυρο και κάλιο) (Lin and Zhu, 1992), βιταμίνη Β, αμινοξέα, κυτταρίνη και φυτικές χρωστικές , κ.λπ. (Liu and Chen, 2004; Cao et al., 2007; Qiu et al., 2009). Σε αυτή τη μελέτη, εντοπίσαμε 184 μεταβολίτες στο MCB (Συμπληρωματικός Πίνακας 11 και Συμπληρωματικό Σχήμα 4), οι οποίοι συνέβαλαν θετικά στην κατανόηση των χημικών συστατικών του MCB και έθεσαν τα θεμέλια για τη μελλοντική μελέτη των χημικών συστατικών στο MCB.
Μεταβολίτες που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του Mesona chinensis Benth
Σε αυτή τη μελέτη, βρέθηκαν συνολικά 99 DEM (42 ρυθμισμένα προς τα πάνω και 57 προς τα κάτω) μεταξύ των θεραπειών με κόκκινο και μπλε φως (Εικόνα 6Α). Επιπλέον, με βάση την ανάλυση KEGG, επτά μονοπάτια, συμπεριλαμβανομένων των FFB, AAGM, CMM, GM, APM, TCA κύκλου και LB, ήταν σε εξαιρετικά σημαντικό επίπεδο (p lt; 0,01) και μόνο η οδός μεταβολισμού γλυοξυλικού και δικαρβοξυλικού ήταν σε ένα σημαντικό επίπεδο (p lt; 0,05) (Πίνακας 1). Ως εκ τούτου, υποδείχθηκε ότι αυτές οι οδοί μπορεί να εμπλέκονται στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του MCB.
Γονίδια που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του Mesona chinensis Benth
Η ολοκληρωμένη ανάλυσή μας του μεταγραφώματος και του μεταβολισμού αποκάλυψε ότι 28 DEG περιελάμβαναν AS, TK, TPS, IMPL1, D4R και 4CL6, thrA και ABA8 ή CYP707A2. Η ασπαραγίνη (επίσης γνωστή ως ασπαρταμίδη) ήταν α-αμινοξύ που βρέθηκε ιδιαίτερα στις φυτικές πρωτεΐνες. Η ασπαραγίνη διέθετε υψηλή αναλογία αζώτου προς άνθρακα και ήταν η κυρίαρχη ένωση μεταφοράς αζώτου που χρησιμοποιήθηκε όταν οι πηγές άνθρακα ήταν σχετικά περιορισμένες στο σκοτάδι (Sieciechowicz et al., 1988). Τα γονίδια AS φάνηκε να κωδικοποιούνται από μια μικρή οικογένεια γονιδίων στα περισσότερα είδη φυτών, όπως Arabidopsis (Lam et al., 1998), ηλίανθος (Herrera-Rodriguez et al., 2002), Triticum aestivum (Gao et al., 2016 ), και H. vulgare (Avila-Ospina et al., 2015) και η έκφραση του γονιδίου AS σε ανώτερα φυτά ρυθμίστηκε από πολλούς παράγοντες, για παράδειγμα, φως, τύπο οργάνου και ανάπτυξη. Οι Tsai και Coruzzi (1990) αναγνώρισαν μια οικογένεια γονιδίων (AS1 και AS2) στο Pisum sativum και τα γονίδια AS εκφράζονται κατά προτίμηση σε φυτά που αναπτύσσονται στο σκοτάδι. Επιπλέον, το mRNA των γονιδίων AS ρυθμίστηκε αρνητικά από το φως στο μεταγραφικό επίπεδο και η έκφραση των γονιδίων AS κυμάνθηκε απότομα κατά τη διάρκεια ενός «κανονικού» κύκλου φωτός/σκότους. Οι Wang et al. (2005) απέδειξε ότι η έκφραση TaAsnS1 σε σπορόφυτα σιταριού ψωμιού προκλήθηκε σημαντικά από οσμωτικές και αλατώδεις πιέσεις, πιθανώς μέσω οδών που εξαρτώνται από το ΑΒΑ. Τα γονίδια AsnS1 ρυθμίστηκαν προς τα κάτω σε ρίζες, μίσχους και φύλλα υπό πίεση N κατά την ανάπτυξη και την εκκίνηση των δενδρυλλίων, ενώ τα γονίδια AsnS2 εκφράστηκαν σε φύλλα, μίσχους και ρίζες (Curci et al., 2018). Στην έρευνά μας, το γονίδιο AS εκφράστηκε διαφορετικά μεταξύ των φύλλων υπό συνθήκες κόκκινου και μπλε φωτός.
Η κινάση θυμιδίνης (ΤΚ) κατέλυσε το πρώτο βήμα μεταφέροντας μια φωσφορική ομάδα σε ένα μόριο θυμιδίνης στο μονοπάτι διάσωσης νουκλεοτιδίων. Στο Oryza sativa, η έκφραση του γονιδίου TK1 ήταν ανεξάρτητη από τη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου καθώς το μεταγράφημα υπήρχε σε όλα τα αναπτυξιακά στάδια και ήταν ακόμη πιο άφθονο σε μη πολλαπλασιαζόμενους ιστούς (Ullah et al., 1999). Στο Hevea brasiliensis, το καουτσούκ, η ανοδική ρύθμιση του γονιδίου TK1 συσχετίστηκε στενά με την αντίσταση στον μηχανικό τραυματισμό (Venkatachalam et al., 2010). Υπήρχαν δύο γονίδια κινάσης θυμιδίνης, AtTK1a και AtTK1b, στο Arabidopsis thaliana. Η TK1a εκφράστηκε στους περισσότερους ιστούς κατά την ανάπτυξη των φυτών και προκλήθηκε διαφορικά από την υπεριώδη ακτινοβολία C επειδή η έκφραση της TK1b δεν επηρεάστηκε (Pedroza-García et al., 2014). Ενώ τα μεταλλάγματα για κάθε γονίδιο TK1 έδειξαν φυσιολογική ανάπτυξη,
Η μυο-ινοσιτόλη ήταν ένας βασικός πρόδρομος διαφόρων φωσφορικών μεταβολιτών στους ευκαρυώτες, για παράδειγμα, πολυσακχαρίτες κυτταρικού τοιχώματος, φωσφατιδυλινοσιτόλη, φυτικό οξύ και σύζευγμα ινδολο-3-οξικού οξέος της μυο-ινοσιτόλης (Loewus and Murthy, 2000). Η μονοφωσφατάση μυο-ινοσιτόλης (IMP) καταλύει την αποφωσφορυλίωση της 3-φωσφορικής μυο-ινοσιτόλης στο τελευταίο στάδιο της βιοσύνθεσης της μυο-ινοσιτόλης, η οποία ήταν επίσης σημαντική στον μεταβολισμό των φωσφορικών αλάτων και ήταν απαραίτητη για τη βιοσύνθεση του φυτικού οξέος, των πολυσακχαριτών του κυτταρικού τοιχώματος και των πολυσακχαριτών του κυτταρικού τοιχώματος. . Το IMP κωδικοποιήθηκε από το VTC4. Ωστόσο, τα IMPL1 και IMPL2 ήταν τα δύο πρόσθετα και πιθανά γονίδια IMP στο A. thaliana (Torabinejad et al., 2009). Sato et al. (2011) απέδειξε ότι η απώλεια λειτουργίας μετάλλαξης impl2 οδηγεί σε εμβρυϊκή θνησιμότητα στο σφαιρικό στάδιο, και το IMPL2 συμμετείχε επίσης στη βιοσύνθεση ιστιδίνης κατά την ανάπτυξη του εμβρύου. Στους αναπτυσσόμενους σπόρους του A. thaliana, η έκφραση των γονιδίων IMP δεν συσχετίστηκε με την έκφραση των γονιδίων που κωδικοποιούν τις συνθάσες της φωσφορικής μυο-ινοσιτόλης, η οποία παρείχε το υπόστρωμα για τα IMPs, αλλά συσχετίστηκε με την έκφραση του γονιδίου για την πολυφωσφορική μυοϊνοσιτόλη 1- φωσφατάση (SAL1), η οποία ενεπλάκη στο μονοπάτι διάσωσης της μυο-ινοσιτόλης, υποδεικνύοντας έναν πιθανό ρόλο της οδού διάσωσης στην ανάπτυξη των σπόρων (Sato et al., 2011).
Ο μεταβολισμός της τρεαλόζης ήταν πανταχού παρών στα φυτά και τα γονίδια που κωδικοποιούν τα συστατικά της οδού τρεαλόζης αναφέρθηκαν για πρώτη φορά στο A. thaliana (Vogel et al., 1998). Υπήρχαν 11 ομόλογα συνθάσης φωσφορικής τρεαλόζης (TPS) στο A. thaliana. Συγκεκριμένα, τα γονίδια TPS εκφράστηκαν σε πολύ χαμηλά επίπεδα (Schluepmann et al., 2003) και το γονίδιο AtTPS1 εκφράστηκε σε όλους τους ιστούς και ήταν απαραίτητο κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης (Eastmond et al., 2002), υποδεικνύοντας σημαντικό ρόλο για την τρεαλόζη μεταβολισμού στα φυτά. Το OtsA κωδικοποίησε ένα TPS και η έκφραση του OtsA συσσώρευσε 6-φωσφορική τρεαλόζη (T6P). Επιπλέον, ο φαινότυπος του φυτού με συσσώρευση T6P ήταν σημαντικά αντίθετος με αυτόν των φυτών με χαμηλά επίπεδα T6P και ήταν συνεπής με τον βασικό ρόλο του T6P στην ανάπτυξη και ανάπτυξη (Schluepmann et al., 2003).
Επιπλέον, το D4R, που καταλύει την αναγωγή των διυδροφλαβονολών σε λευκοανθοκυανίνες, ήταν ένα βασικό ένζυμο στη βιοσύνθεση των ανθοκυανιδινών, προανθοκυανιδινών και άλλων φλαβονοειδών, κάτι που είχε μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη των φυτών (Li et al., 2012). Στο A. thaliana, δύο πρωτεΐνες που μοιάζουν με 4-κουμαρικό CoA λιγάση (4CL) (At4g05160 και At5g63380) στοχεύτηκαν στα υπεροξισώματα των φύλλων και θα μπορούσαν να συνεισφέρουν στη βιοσύνθεση του ιασμονικού οξέος (Schneider et al., 2005), που ήταν ένα φυτό μόριο που συνδέεται στενά με την αντοχή των φυτών στο αβιοτικό στρες (Wang et al., 2020). Στην Escherichia coli, το thrA καταλύει το βήμα δέσμευσης που εμπλέκεται στη ρύθμιση της βιοσύνθεσης της θρεονίνης (Angeles και Viola, 1990), η οποία μπορεί να βελτιώσει την ανεκτικότητα των φυτών και να προωθήσει τη διαδικασία της ύγρανσης. Το Abscisic acid (ABA) είναι μια φυτική ορμόνη του στρες,
Συνολικά, σε αυτή τη μελέτη, σε σύγκριση με τη θεραπεία με μπλε φως, τα γονίδια AS, TK, TPS, IMPL1, 4CL, thrA και ABA8 ρυθμίστηκαν προς τα κάτω, ενώ το γονίδιο D4R ρυθμίστηκε προς τα πάνω κάτω από την κατάσταση του κόκκινου φωτός (Εικόνα 7). . Η έκφραση αυτών των γονιδίων από τα φύλλα του MCB θα μπορούσε να ρυθμιστεί από την ποιότητα του φωτός, υποδεικνύοντας ότι αυτά τα γονίδια μπορεί να σχετίζονται στενά με την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του MCB.
συμπέρασμα
Το κόκκινο φως προώθησε την ανάπτυξη και την ανάπτυξη και την ποιότητα του MCB σε σύγκριση με το μπλε φως. Ο φαινότυπος του φυτού και η υπερδομή του χλωροπλάστη των φύλλων ανταποκρίθηκαν διαφορετικά στα κόκκινα και μπλε φώτα. Η ανάλυση του μεταγραφώματος έδειξε 410 ρυθμισμένα προς τα πάνω και 702 μειωμένα μονογονίδια. Τα αποτελέσματα της metabonomics αποκάλυψαν ότι συνολικά 184 μεταβολίτες και 99 DEM ταυτοποιήθηκαν μεταξύ των θεραπειών με κόκκινο και μπλε φως. Η ολοκληρωμένη ανάλυση του μεταγραφώματος και του μεταβολώματος αποκάλυψε ότι τα γονίδια AS, TK, TPS, IMPL1, 4CL, D4R, thrA και ABA8 εκφράστηκαν διαφορικά (Εικόνα 8). Επομένως, αυτά τα μονοπάτια και τα γονίδια ενδέχεται να εμπλέκονται στην ανάπτυξη και ανάπτυξη του MCB.
Εικόνα 8. Επισκόπηση του κόκκινου φωτός και του μπλε φωτός που ρυθμίζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του MCB. Κόκκινα κουτιά και λέξεις υποδεικνύουν ανοδική ρύθμιση. Τα πράσινα κουτιά και οι λέξεις υποδεικνύουν μείωση της ρύθμισης.
Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων
«Οι πρωτότυπες συνεισφορές που παρουσιάζονται στη μελέτη είναι διαθέσιμες στο κοινό. Αυτά τα δεδομένα βρίσκονται εδώ: Βάση δεδομένων BioProject του Εθνικού Κέντρου Πληροφοριών Βιοτεχνολογίας (NCBI) με αριθμό πρόσβασης PRJNA741889.”
Συνεισφορές Συγγραφέων
Ο DT συμμετείχε στην εννοιολόγηση, τη μεθοδολογία, τη διερεύνηση, την επίσημη ανάλυση, τη συγγραφή πρωτότυπου σχεδίου και τη συγγραφή-αναθεώρηση και επεξεργασία. Η FW και η JM συμμετείχαν στην εξαγορά χρηματοδότησης. Οι FW, QH, KW και XY συμμετείχαν στη συγγραφή—ανασκόπηση και επεξεργασία. Όλοι οι συγγραφείς ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση.
Χρηματοδότηση
Αυτή η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Guangxi Innovation-Driven Development Project (GuiKe AA18242040), το Έργο Χρηματοδότησης Επιστημονικής Έρευνας του Βοτανικού Κήπου Φαρμακευτικών Φυτών Guangxi (GuiYaoJi202011), το Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών του Guangxi (2020JJA140312), China Agric (2020JJA140312) China Agric , Bagui Scholor Program of Guangxi Zhuang Autonomous Region and Research Innovation Team Project (GuiYaoChuang 2019005) και το έργο της ομάδας Innovation του Guangxi Botanical Garden of Medicinal Plants (GuiYaoChuang2019010).
Σύγκρουση συμφερόντων
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.
Σημείωση εκδότη
Όλοι οι ισχυρισμοί που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο είναι αποκλειστικά εκείνοι των συγγραφέων και δεν αντιπροσωπεύουν απαραιτήτως αυτούς των συνδεδεμένων οργανισμών τους ή του εκδότη, των εκδοτών και των κριτικών. Οποιοδήποτε προϊόν μπορεί να αξιολογηθεί σε αυτό το άρθρο ή ισχυρισμός που μπορεί να προβληθεί από τον κατασκευαστή του, δεν είναι εγγυημένο ούτε εγκρίνεται από τον εκδότη.
Συμπληρωματικό υλικό
Το συμπληρωματικό υλικό για αυτό το άρθρο βρίσκεται στο διαδίκτυο στη διεύθυνση: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.761068/full#supplementary-material
Mesona chinensis Benth, Εργοστάσιο φυτών, LED, κόκκινο και μπλε φως, Ανάπτυξη και Ανάπτυξη