북미 오리나무 꽃에 왜 밝은 주황색 띠가 있나요? 전사체학과 대사체학의 결합 분석이 그 비밀을 밝혀드립니다
사진 속 이 아름다운 꽃은 북미 튤립트리의 꽃입니다. 사진에서 볼 수 있듯이 꽃잎의 뿌리 부분 근처에 밝은 주황색 띠가 있습니다. 왜 북미 튤립트리의 꽃은 밝은 주황색 띠가 있을까요? 전사체학과 대사체학 통합 분석으로 그 비밀을 밝혀드립니다!
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아름다운 꽃은 우리의 관상용일 뿐만 아니라, 꽃잎의 색은 번식 성공을 보장하기 위해 수분자를 유인하는 주요 꽃 특징입니다. 꽃 색상의 다양성은 주로 플라보노이드, 카로티노이드 및 베타인이라는 세 가지 주요 색소에 의해 형성됩니다. 이러한 색소 합성과 관련된 유전자의 정교한 시공간 조절이 특정 색상 패턴을 만들어냅니다.
북미 튤립트리(Liriodendron tulipifera)는 꽃잎의 뿌리 부분 근처에 밝은 주황색 띠가 있으며, 그 꽃잎 띠의 발달, 조절 및 생화학적 기초는 아직 명확하지 않습니다. 이 논문은 튤립트리 종의 전사체학과 대사체학을 결합하여 꽃잎의 주황색 띠 형성에 기여하는 주요 색소를 식별하고, 가능한 전사 조절 메커니즘을 정의했습니다.
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잡지: Horticulture Research
영향력 지수: 5.404
발행일: 2020년 5월
기사 링크: https://www.nature.com/articles/s41438-020-0287-3#Sec1
요약
북미 튤립트리(Liriodendron tulipifera)는 인기 있는 관상용 원예 식물로 독특한 튤립 모양의 꽃 기저부 근처에 주황색 띠가 있습니다. 북미 튤립트리 꽃의 발달 과정에서 꽃잎 띠의 특정 색소 침착 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 연구자들은 비표적 및 표적 대사체학과 전사체학을 결합한 다중 오믹스 통합 분석을 통해 꽃잎 띠에서 특별히 활성화된 카로티노이드 생합성 경로를 식별했습니다. 북미 튤립트리와 튤립트리 잡종의 카로티노이드 대사 산물을 비교 분석한 결과, 감마-카로틴이라는 식물에서 드문 카로티노이드가 꽃잎 띠 착색의 주황색 색소일 가능성이 가장 높습니다. 발달 중인 꽃잎의 표현형 및 전사체 분석은 띠 영역이 처음에는 녹색 손실에 의해 사전 결정된다는 것을 보여줍니다. 그런 다음 카로티노이드 및 엽록소 생합성 유전자를 각각 국소적으로 활성화하고 억제하여 이 띠를 유지합니다. 카로티노이드 생합성의 두 제한적 유전자인 카로티노이드 이성질화효소(CRTISO)와 엡실론-라이코펜 사이클레이즈(ε-LCY)는 꽃잎의 특정 띠에서 주황색 색소 침착을 담당하는 핵심 효소를 암호화합니다. 중국 튤립트리와 비교했을 때, 북미 튤립트리에는 추가적인 ε-LCY 복사본이 존재하며, 이 복사본이 독특한 꽃잎 착색 패턴 형성에 기여할 수 있다고 연구자들은 추측합니다. 결론적으로, 이 연구는 튤립트리 꽃 착색의 대사체 및 전사체 역학에 대한 최초의 증거를 제공하고, 꽃 육종이나 대사 공학 및 초기 목본 피자 식물의 꽃 진화 이해에 귀중한 자료를 제공합니다.
주요 결과
연구자들은 전사체 및 대사체학 분석을 위해 북미 튤립트리 꽃의 네 가지 다른 단계의 꽃잎을 수집했습니다. 비표적 대사체의 시간 경과 데이터 세트에서 총 4799개의 대사물이 발견되었으며, 이들은 최소 두 단계 사이에서 유의한 차이를 보였습니다(p <0.05). 클러스터링 분석과 KEGG 풍부화 분석에 따르면 카로티노이드가 북미 튤립트리 꽃잎 착색에 중요한 역할을 할 수 있음을 발견했습니다. 전사체 시퀀싱에서 총 224,245개의 유니진이 획득되었으며, 이 중 63.22%(141,781)의 유전자에 기능 주석이 부여되었습니다. 모든 샘플에서 유니진 발현이 유의하게 변화한 유전자에 대해 클러스터링 분석을 수행한 결과, 튤립트리 꽃 발달 과정에서 단계/조직 특이적 전사체 특징을 보여주었습니다. 전사체 데이터 분석에 따르면, 북미 튤립트리 꽃잎에서 유전자 발현의 국소 전사 조절이 카로티노이드의 생합성 및 축적을 초래하여 꽃이 발달하는 과정에서 꽃잎 띠 착색을 유도할 수 있습니다. 표적 대사체학은 북미 튤립트리 꽃잎 띠 착색에서 카로티노이드의 역할을 추가로 확증했습니다: 특정 위치에서의 감마-카로틴의 국소 축적은 북미 튤립트리 꽃이 피는 과정에서 꽃잎 띠 착색의 핵심 과정일 수 있습니다. 카로티노이드 핵심 효소의 동역학 분석 결과, 꽃잎의 하측에서 ε-LCY 유전자가 꽃받침과 꽃잎 상측과 비교하여 상향 조절되었습니다.
북미 튤립트리 꽃잎 발달의 전사체 분석
북미 튤립트리 꽃잎 발달에 관한 착색 유전자
튤립트리 잡종 꽃잎의 네 가지 카로티노이드 함량
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