다중 오믹스 통합 분석: 지질 오믹스와 전사 오믹스의 통합 분석을 통해 Newhall 혈귤의 광택 유무에 대한 분자 메커니즘 발견
여러분은 과일을 구매할 때 광택이 있는 과일을 더 선호하시나요? 하지만 시장에서 광택이 있는 과일 중 일부는 자연적으로 광택이 있는 것이 아닙니다. 왁스 처리와 폴리싱은 신선한 감귤을 상품화하는 데 중요한 단계입니다. 그러나 이 과정에서 사용되는 합성 왁스는 독특한 화학적 특성으로 인해 기공을 막고 과일 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 재배된 과일이 원하는 색상, 높은 광택, 우수한 내부 품질 및 강력한 항균성을 가지는 것이 상당히 중요합니다. 식물과 환경의 첫 번째 외부 장벽인 감귤류 과일의 표피 왁스는 물 보존, 가스 교환 및 과일 표면 광택에서 중요한 역할을 한다고 보고되었습니다. 표피의 외부 보호와 결합하여, 막 지질은 식물 세포와 세포 소기관을 직접 보호하며, 소체 막 지질은 식물 막 지질 시스템의 주요 구성 요소입니다.
대부분의 감귤류에서 지질과 관련된 분자 연구는 일반적으로 큐티클에 중점을 두며, 막 지질의 중요성은 강조되지 않았습니다. 이전에 보고된 'Newhall' 배꼽 오렌지의 광택 돌연변이를 기반으로, 연구자들은 이 광택 돌연변이(MT)와 야생형 'Newhall' 배꼽 오렌지(WT)의 미성숙 단계와 성숙 단계에 대해 지질체 및 전사체 분석을 수행하여 왁스와 소체 지질 간의 탄소 교환을 확인했습니다. 또한, 세 가지 상향 조절된 리파아제 유전자의 기능적 식별을 통해 MT에서 JA 수준 증가의 잠재적 원인을 설명하려고 시도했습니다. 이 연구는 감귤류 과일 품질 유지에 대한 이해를 증진시키고, 감귤 지질 저장고의 자연 변이의 분자 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
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저널: Horticulture Research
영향력 지수: 5.404
발행 날짜: 2020년 4월
기사 링크: https://www.nature.com/articles/s41438-020-0262-z
초록
표피 지질과 막 지질은 신선한 과일의 품질 유지와 병 저항성에 중요한 역할을 합니다. 많은 보고서에 따르면 표피 왁스 돌연변이체에서 대체 경로의 변화가 있다고 합니다. 그러나 지금까지 지질의 구체적인 변화는 명확하지 않았습니다. 본문에서는 연구자들이 'Newhall' 배꼽 오렌지(WT)와 그 광택 돌연변이체(MT) 'Gannan No.1'에 대해 시간 분해 지질체 및 전사체 분석을 수행했습니다. 결과에 따르면, MT에서는 과일 성숙도가 증가함에 따라 왁스 형성이 심각하게 억제되며, 36탄소 소체 지질이 대량으로 생성됩니다. 전사체학 분석은 왁스 및 막 지질 생합성 경로에 참여하는 일련의 주요 기능 효소와 전사 인자를 추가로 식별했습니다. 또한, MT에서의 높은 자스몬산(JA) 축적은 소체 지질 체내 균형을 유지해야 하기 때문일 수 있습니다. 이는 두 가지 명확히 상향 조절된 리파아제(CsDAD1 및 CsDALL2)의 발현 수준이 소체 지질과 양의 상관관계를 가지기 때문이며, 이 두 효소는 소체 지질을 가수분해하여 JA 함량을 증가시킬 수 있습니다. 이 연구 결과는 식물 지질 자연 변이의 분자 메커니즘에 새로운 통찰력을 제공하여 감귤류 과일의 품질 향상에 기반을 제공합니다.
주요 결과
연구자들은 과일 팽창 시작(90DAA), 성숙 시작(150DDA), 완전 성숙(210DDA)의 세 단계의 샘플을 선택하여 과일 발달 단계에서 왁스 함량의 변화를 검증했습니다. 연구 결과, 발달 과정에서 MT의 모든 지방족 화합물의 함량이 WT보다 낮았으며, 과일 성숙도가 증가함에 따라 차이도 커졌습니다. 150DAA 및 210DAA 단계의 과일 껍질을 지질체 분석한 결과, 총 219종의 글리세롤 지질이 식별 및 정량화되었으며, 계층적 군집 분석은 MT의 인지질 대사가 WT의 대사 패턴과 다르다는 것을 보여주었습니다. 모든 지질 범주의 상대적 함량에 따르면, 두 단계 모두에서 MT의 지질 축적이 WT보다 높았으며, 특히 210 DAA에서 더 높았습니다. MT와 WT 간의 분자 생물학적 조절 차이를 추가로 연구하기 위해 연구자들은 150 DAA 및 210 DAA에서 수확한 과일의 껍질에 대해 전사체 분석을 수행했습니다. 전사체학 데이터는 WT와 MT의 차별 발현 유전자(DEG)의 비율이 과일 성숙도가 증가함에 따라 증가했으며, 이러한 DEG는 24개의 KEGG 경로에서 유의하게 풍부했습니다. JA의 생합성은 소체 지질과 밀접하게 관련되어 있으며, 소체 지질 분해 및 JA 형성에 관여하는 핵심 리파아제를 식별하기 위해 연구자들은 blast 검색을 통해 총 37종의 추정 리파아제를 식별했습니다. 계통 발생 분석에 따르면, 세 가지 PLA1 유전자가 DAD1 유사 유전자 패밀리에 그룹화되었으며, 이 중 두 유전자(CsDAD1 및 CsDALL2)는 소체 지질과 양의 상관관계를 보였습니다. 담배에서 이 세 유전자를 일시적으로 과발현함으로써 연구자들은 CsDAD1 및 CsDALL2 과발현 계통에서 JA 수준이 각각 19배 및 8배 증가함을 발견했으며, 이는 이 두 유전자가 JA 형성에 큰 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.
MT와 WT에서 성숙도가 증가함에 따라 광택 표현형과 왁스 합성
MT와 WT의 전사체학 분석
담배에서 DAD1 유사 유전자의 기능적 특성화
바이타이파크 바이오테크놀로지는 다중 오믹스 통합 분석 서비스를 제공하며, 여기에는 지질체학과 전사체학의 통합 분석이 포함됩니다.
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