空格橡胶草(Taraxacum kok-saghyz Rodin)为菊科(Asteraceae)蒲公英属(Taraxacum)大角蒲公英组(Sect. Macrocornuta V. Soest)多年生草本植物。因其根部橡胶含量高、品质优良、适应性强等诸多优点，成为最具发展前途的橡胶替代作物之一。 空格本研究为阐明橡胶草的天然橡胶（NR）合成在转录水平上的调控机制，利用ONT技术获得了高含胶量（HR）和低含胶量（LR）品系橡胶草的高质量全长根转录组数据，并对高含胶量（HR）和低含胶量（LR）橡胶草品系之间进行比较转录组分析，结果共鉴定出3134个差异表达基因（DEG）。其中，1157个DEG在HR中上调，1977个DEG在HR中下调（图1）。 空格KEGG途径富集分析发现，参与NR合成的基因在HR中上调。而与角鲨烯、苯丙烷、脂肪酸和酮的合成相关的关键基因在HR中被下调，这些基因需要与NR生物合成相同的底物（IPP或乙酰辅酶A），推测在使用共同底物（IPP或乙酰辅酶A）时，NR与某些次级代谢产物合成之间存在竞争（图1和图2）。 空格NR合成通路上的基因差异表达分析结果显示（图3）：（1）MVA通路上的基因整体表达要高于MEP通路，说明MVA通路是橡胶草NR合成所需IPP的主要来源。（2）参与NR合成的关键基因，尤其是CPTs和SRPPs的表达水平与NR产量成正比，在转录水平上进一步证明了这些基因在橡胶草NR生物合成中的重要作用。（3）菊糖代谢通路上基因表达在HR和LR之间没有显著差异，说明菊糖代谢并不是合成MVA和NR的乙酰辅酶A的主要来源。 空格以上研究工作为TKS中NR生物合成的调节机制提供了新的见解。此外，本研究中发现的与NR合成相关的基因或途径将是今后基因改造和分子育种的重要目标。
图1 橡胶草根部差异表达基因火山图和KEGG富集分析图
图2. 高低含胶量材料之间在天然橡胶合成相关通路上的基因表达热图 注：*表示高低含胶量之间差异表达的基因（FDR < 0.01和fold change ≥ 2）
图3. NR和其他代谢产物生物合成之间在底物使用（IPP或乙酰辅酶A）上竞争关系图 注：绿色箭头表示在HR中下调的途径；红色箭头表示在HR中上调的途径；热图表示LR和HR系之间相应路径中关键基因总表达水平的比较。缩写：C4Ms：反式肉桂酸4-单加氧酶；CCoAOMT：咖啡酰辅酶A O-甲基转移酶；CPTs：顺式-异戊烯基转移酶；CPTLs：顺式-异戊烯基转移酶like；HMG-CoA裂解酶：羟甲基戊二酰辅酶A裂解酶；LACs：长链酰基辅酶A合成酶；PALs：苯丙氨酸解氨酶；PPT：棕榈酰蛋白硫酯酶；REF：橡胶伸长因子；SQS：角鲨烯合酶；SRPPs：小橡胶颗粒蛋白质；TAG-lipase：三酰甘油脂肪酶。 |
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