转录组分析差异表达基因和可变剪切事件与兰科植物景天酸代谢的关联性
相对于C3和C4光合作用，CAM是一种特化的光合作用。C3和C4植物在白天开放气孔进行气体交换。而CAM植物在白天关闭气孔，夜间打开气孔吸收CO2，提高水分利用率。 因此，CAM植物在夜间开放气孔且能够有效减缓蒸腾作用，提高了植物蓄水抗旱的能力。CAM植物适应缺水地区，大都生长在半干旱沙漠和季节性缺水森林。一些研究发现CAM光合途径起源和发生与一些关键基因的转录调控存在着较大的联系，可变剪切事件可能广泛参与CAM代谢。
蝴蝶兰CAM光合途径中碳固定、昼夜节律的调控和气孔开关等过程的主要调控基因是哪些基因？参与这些途径基因的可变剪切事件是否起到调节作用？
近日，Hoticultural Plant Journal 在线发表了福建农林大学张亮生课题组题为“Transcriptomic Analysis of Differentially Expressed Genes and Alternative Splicing Events Associated with Crassulacean Acid Metabolism in Orchids”的研究论文，刊登在该刊2019年12月的“园艺植物基因组学进展专辑”中。
本研究中利用RNA-Seq数据全面地鉴定了蝴蝶兰叶组织在昼夜不同生理节奏下的差异表达基因，并对这些差异表达基因进行了GO和KEGG的功能富集分析，发现这些基因显著地富集到碳固定、生物钟调控、光合作用、糖代谢、植物激素信号转导等多种代谢途径上。同时，还利用Iso-Seq技术鉴定并分析了与CAM相关的碳固定、生物钟和气孔移动等代谢途径中关键基因的可变剪接事件。
相比于白天的叶组织，蝴蝶兰在夜晚的叶组织中会产生更多的可变剪接事件，可能对其在夜间表达活跃的基因产生一定的调控作用。我们发现在蝴蝶兰的CAM光合途径中，CA、PEPC1、PPCK1、PPDK和ALMT9这些关键基因存在一定的可变剪接事件外。其他基因在白天和夜晚的叶组织中也发生可变剪接事件，发现一个编码光依赖期铁硫蛋白基因有很多可变剪切转录本可能参与CAM光合途径，说明可变剪接事件在CAM代谢途径中起到调节作用。
利用RNA-Seq和Iso-Seq相结合的技术全面地鉴定了蝴蝶兰叶组织在昼夜不同生理节奏下的差异表达基因，发现与CAM相关的碳固定、生物钟和气孔移动等代谢途径中关键基因广泛参与了CAM途径。参与这些途径基因的广泛发生了可变剪切显示其在CAM代谢中起到调节作用。上述成果进一步加深理解蝴蝶兰中CAM光合途径的相关作用机制。
Fig. 7 Types and number of alternative splicing events
Fig. 8 GO enrichment analysis of the top 5% of genes with alternative splicing events
Fig. 9 KEGG pathway enrichment analysis of the top 5% of genes with alternative splicing events
Fig. 10 Distribution of genes according to the number of alternative splicing events
Fig. 11 Examples of genes with alternative splicing events
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.hpj.2019.12.001
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