Транскриптомный анализ выявил пути обогащения и регуляцию экспрессии генов, связанные с соматическим эмбриогенезом у Camellia sinensis.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 15946 (2023) Цитировать эту статью

1052 доступа

Подробности о метриках

Высокочастотная, стабильная соматическая эмбриональная система чая до сих пор не установлена ​​из-за ограничений ее собственных характеристик и, следовательно, серьезно ограничивает генетические исследования и процесс селекции чайных растений. В данном исследовании транскриптом был использован для иллюстрации механизмов регуляции экспрессии генов в соматическом эмбриогенезе чайных растений. Число ДЭГ для стадий (IS промежуточная стадия)_PS (предварительная стадия), ES (эмбриоидная стадия)_IS и ES_PS стадий составило 109, 2848 и 1697 соответственно. Анализ обогащения показал, что процессы углеводного обмена значительно обогащаются на стадии ES_IS и играют ключевую роль в соматическом эмбриогенезе, а усиленный захват света в фотосистеме I может служить материальной основой углеводов. Анализ путей показал, что обогащенных путей в процессе IS_PS было намного меньше, чем в ES_IS или ES_PS, а фотосинтез и путь фотосинтетического белка антенны DEG на стадии ES_IS или ES_PS были заметно обогащены и активированы. Ключевые пути фотосинтеза и антенных белков фотосинтеза, а также ген Lhcb1 были обнаружены в соматическом эмбриогенезе чайных растений. Эти результаты имели большое значение для выяснения механизма соматического эмбриогенеза и селекционных исследований чайных растений.

Соматический эмбриогенез представляет собой способ стимуляции тотипотентности растительных клеток1 и считается наиболее эффективным морфогенетическим путем размножения растений2. Эмбриогенез голосеменных растений, значительный прорыв в культуре тканей растений в конце двадцатого века3,4, предлагает многочисленные преимущества перед дифференцировкой органов как метод регенерации растений. Эти преимущества включают большое количество эмбрионов, быстрое развитие, структурную целостность и высокую скорость регенерации5,6,7. В результате эмбриогенез голосеменных нашел широкое применение в различных областях, выступая в качестве надежной и эффективной системы регенерации растений и идеальной реципиентной системы для генетической трансформации8,9.

Аспекты молекулярной биологии и биоинформатики соматического эмбриогенеза растений были тщательно изучены с целью выяснения задействованных механизмов. Образование соматических эмбрионов у сладкого перца (Capsicum annuum) стимулировали регулятором развития PLETHORA (PLT5) в культуре тканей in vitro10. У модельного растения Arabidopsis thaliana было изучено, что соматический эмбрион происходит из зачатка листа рядом с апикальной меристемой стебля, а обработка гормоном роста может эффективно индуцировать эмбриогенные реакции в эксплантах, культивируемых in vitro11,12. Анализ транскриптома был использован для решения проблемы низкой репродуктивной способности пиона (Peaonia ostii) и показал, что гены, определяющие судьбу клеток и деление клеток, доминируют в формировании соматических эмбрионов у пиона13. Данные транскриптомики эмбриональной заживляющей ткани кукурузы (Zea mays L.) и соматических эмбрионов были изучены для выявления гормональных сигнальных путей и регуляции транскрипции, связанных с соматическим эмбриогенезом14.

Camellia sinensis (L.) O. Kuntze — многолетнее вечнозеленое растение, принадлежащее семейству Камелиевые15. Его выращивают на протяжении веков, и его чайные листья высоко ценятся за свою экономическую ценность. Чайные растения обладают характерными вторичными метаболитами, такими как чайные полифенолы16, катехины и кофеин17, которые приносят много пользы для здоровья18, например, для профилактики рака и лечения сердечно-сосудистых заболеваний19. Чайные растения самонесовместимы и неаффилированы, что приводит к их высокой степени гетерозиготности20,21. Традиционные методы селекции чая имеют недостатки: трудоемкие, слепые и длительные циклы селекции22,23, в то время как внедрение современных молекулярных методов может ускорить процесс отбора хороших сортов чая24,25,26,27. Установление высокочастотной системы соматического эмбриогенеза чая имеет важное практическое значение. Это позволяет сохранить in vitro превосходные ресурсы зародышевой плазмы чая и разработать системы генетической трансформации и трансгенных систем для чайных растений.