摘要
棉花是一种重要的作物，其纤维可以作为纺织业的主要原材料。近年来，我国人口多、人均耕地面积小的问题日益突出，解决当前国内粮棉争地这一问题的重要性不言而喻。为了解决这一问题，系统生物学技术被广泛应用。随着现代分析技术的不断进步、数据库的积累以及生物信息学的迭代更新，组学技术得到了迅猛发展。为了研究棉花早熟性状相关的生理生化机制，我们选择早熟品种中棉所50和晚熟品种国欣棉11,取1叶期、3叶期以及5叶期的棉花顶芽，基于代谢组学，研究不同成熟特性棉花品种之间花芽分化阶段代谢物的差异。同时，基于已有的转录组学测序结果，我们将二者进行关联分析，富集棉花花芽分化阶段中不同时期的与代谢物变化相关的重要通路，构建花芽分化阶段中的代谢物核心调控网络，补充完善棉花的发育机制。研究结果如下: 1.差异基因的筛选及富集。棉花各个时期转录组测序共得到了 72761个基因，将中棉所50与国欣棉11各个时期进行两两比较，以国欣棉11为对照组，以中棉所50为实验组，1叶期共有616个差异基因，3叶期共有782个差异基因，5叶期共有842个差异基因。通过对数据进行分析，发现绝大部分的差异基因富集到代谢等途径。采用qRT-PCR对随机挑选的基因（GhydiL、GhPILS1、GhUGT84A13、GhWSD1）表达模式进行检测，所得结果与RNA-seq结果趋势一致。 2.初步揭示不同棉花品种不同时期代谢物差异。代谢检测结果表明棉花花芽分化阶段共有828种代谢物质，其中糖类物质54种，氨基酸及其衍生物有65种，有机酸达54种，酚酸类有152种、黄酮类最多，达193种。除此之外还有核苷酸、生物碱、萜类和脂质等。将中棉所50与国欣棉11各个时期进行两两比较，以国欣棉11为对照组，三个时期得到的差异代谢物分别有68、56和62种。通过数据分析，代谢途径和次级代谢物等途径均被显著富集到。 3.将差异代谢物检测结果与转录组测序数据相关联进行分析。对关联结果进行调控通路富集，通过分析我们得到了棉花花芽分化阶段的相关通路。其中，我们找到了可能与棉花早熟、开花相关的通路，如代谢途径、生物合成等。根据O2PLS模型中的苯甲酰胺、L-酪胺、2-苯乙醇、苯乙醛酸等物质，以及苯丙氨酸代谢途径，选择了 3个可能与花芽分化相关的基因GhIAA16、GhSAUR71和GhTDC,并进行了功能论证。在拟南芥中过表达这3个基因，观察拟南芥表型，开花时间相较于野生型更晚，最终得出结论棉花的早熟性状在一定程度上可能会受到代谢物质的调控。
NETL