Comparative transcriptomics of Pinus massoniana organs provides insights on terpene biosynthesis regulation

生物 马尾松 转录组 基因 生物合成 萜类 WRKY蛋白质结构域 基因表达 生物化学 遗传学 计算生物学 植物
作者
Qingsong Bai
出处
期刊:Physiologia Plantarum [Wiley]
卷期号:174 (5) 被引量:4
标识
DOI:10.1111/ppl.13791
摘要

Terpenoids are the most important natural products collected from conifer species. However, the molecular mechanisms and core factors underlying terpenoid biosynthesis in Pinus massoniana remain unclear. To clarify these mechanisms, this study aimed to identify potential genes that might participate in the terpenoid biosynthesis of P. massoniana. In this study, single molecule real-time (SMRT) sequencing and expression analysis were used to confirm the expression patterns of genes involved in the cones, immature needles, mature needles, immature branches, and mature branches of P. massoniana. A total of 31,331 lncRNAs and 71,240 mRNAs were identified from these organs, and the greatest number of differentially expressed genes (DEGs) was discovered between needles and branches. Weighted gene coexpression network analysis (WGCNA) classified all expressed genes into nine typical modules with 11 kinds of transcription factors (TFs), namely, AP2-ERF, ARF, AUX-IAA, C2H2, Dof, F-box, SBP, WRKY, bHLH, bZIP, and GRAS, and seven kinds of functional genes, namely, ABC transporter, cellulose synthase (CesA), leucine-rich repeats (LRR), cytochrome P450 (CYT P450), pathogenesis-related protein (PR), terpene synthase (TPS), and chlorophyllase enzyme. A molecular network was constructed for hub genes, TFs, and functional genes in three modules. The potential function of eight candidate genes, including PmbHLH2, PmERF1, PmRGA, PmGAI, PmbZIP1, PmLOB1, PmMADS1, and PmMYB1, was validated through correlation analysis between terpenoid contents and expression levels, subcellular localization, and transcriptional activation activity, which provides us with probable regulators of terpenoid biosynthesis in conifers.

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