全 文 ：第 50 卷 第 5 期
2 0 1 4 年 5 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 5
May，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140509
收稿日期: 2014 － 01 － 16; 修回日期: 2014 － 03 － 28。
基金项目: 国家林业公益性行业科研专项重大项目 (201204403)。
* 李建安为通讯作者。
油桐花芽 2 个不同发育时期转录组分析*
孙 颖 谭晓风 罗 敏 李建安
(中南林业科技大学 经济林育种与栽培国家林业局重点实验室 经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室 长沙 410004)
摘 要: 利用 ＲNA-seq 技术对油桐 2 个不同发育时期的花芽的转录组进行比较分析，获得大量差异表达的
unigene 序列。通过 GO 分类和 Pathway 富集性分析，将这些差异表达 unigene 分别归类于 55 个 GO term 和 128 个代
谢途径。unigene 中有 103 个与植物开花相关，涉及 4 个开花调控途径(光周期途径、春化途径、GA 途径和自主途
径)。随着花芽发育，越来越多的 unigene 表达量呈现上调趋势，上调的基因数量超过下调基因数量。研究结果可
在一定程度上解析油桐花芽形态分化的分子调控模式与机制。
关键词: 油桐; 花芽; 转录组测序; 开花基因
中图分类号: S718. 46 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)05 － 0070 － 05
The Sequencing Analysis of Transcriptome of Vernicia fordii
Flower Buds at Two Development Stages
Sun Ying Tan Xiaofeng Luo Min Li Jian’an
(Key Laboratory of Non-Wood Forest Breeding and Cultivation of State Forest Administration Key Laboratory of Cultivation and
Protection for Non-Wood Forest Tree of Ministry of Education Central South University of Forestry and Technology Changsha 410004)
Abstract: This research compared transcriptome of Vernicia fordii flower buds at two different developing stages using
ＲNA-seq technique and then obtained a lot of differentially expressed unigenes． Through GO classification and pathway
enrichment analysis，all of these differentially expressed unigenes were classified into 55 GO terms and 128 metabolism
pathways，respectively． One hundred and three unigenes identified from transcriptome data were referred to four major
plant flowering regulation pathways including photoperiod pathway，verbalization pathway，GA-dependent pathway and
autonomous pathway． With the development of flower buds，more and more unigenes’expression levels were up-regulated
and the number of up-regulated genes was more than that of down-regulated genes． This research has resolved to some
extent the molecular mechanisms regulating mode with flower bud morphological differentiation of V． fordii．
Key words: Vernicia fordii; flower bud; transcriptome sequencing; flowering genes
油桐(Vernicia fordii)是我国特有的亚热带地区
代表性经济树种，也是重要的工业油料树种，新近人
们又认识到油桐在生物能源方面具有重要开发利用
价值。对于油桐的丰产栽培、油脂合成、生物柴油制
备等已进行了较多的研究 ( Brown et al．，2005;
Steven，2010; Shang et al．，2002; 孙汉洲等，2010;
谭晓风，2006; 张玲玲等，2011; 孙颖等，2007; 龚
榜初等，1996; 黄福长，2011; 曹建琦，1987; 黄坤
等，2008; 朱世永等，1992; 玄伟东等，2007; 周燕
君等，2008)。油桐具有童期短、早花早实等重要生
物学特性，一般播种后 3 年便开花 (故又名“三年
桐”)，其中，‘对年桐’品种播种后翌年即开花; 同
时，油桐核基因组较小、自然变异丰富、性状分化强
烈、对环境反应敏感，具有成为“经济林模式植物”
的潜力(李建安等，2008)。探明油桐成花分子机制
将为油桐及其他果用经济林树种花期调控和分子育
种提供重要基础，然而，受研究材料和研究手段所
限，目前对油桐花发育基因调控途径及早花分子机
制的研究尚不深入。近年新兴的高通量测序技术
( Illumina 测序技术)具有数据量大、准确性好、灵敏
度高、运行成本低等优点(Chen et al．，2012; Tuskan
et al．，2006; Wilhelm et al．，2009)，已在很多木本植
物如红豆杉( Taxus chinensis) ( Hao et al．，2011)、
橡胶树(Hevea brasiliensis) ( Li et al．，2012 ) 和 茶
第 5 期 孙 颖等: 油桐花芽 2 个不同发育时期转录组分析
树(Camellia sinensis)( Shi et al．，2011)等转录组测
序研究中应用，能够从整体水平了解植物在特定阶
段的基因表达模式和功能，从而更加便利地揭示特
定生物学过程的分子机制(祁云霞等，2011)。本文
利用 Illumina 测序技术对油桐品种‘对年桐’2 个花
芽分化时期进行转录组测序，以期在转录水平上大
规模发掘油桐开花相关基因，为阐明油桐成花分子
机制提供部分依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
供试材料为 7 年生油桐品种‘对年桐’实生株
花芽，样本采自中南林业科技大学，采集时间为 8
月、10 月，分别处于花芽分化中期和末期。
1. 2 ＲNA 提取与转录组测序
采用改良的 CTAB + OMEGA ＲNA 提取试剂盒
提取，委托深圳华大基因公司采用 Illumina HiSeqTM
2000 测序仪对油桐花芽样本进行转录组测序。
1. 3 测序数据的分析
参照 Jiang 等(2013)转录组数据的分析方法对
测序数据进行原始数据处理、序列组装、功能注释、
Pathway 富集性分析、差异分析等。利用在线微卫星
位点扫描工具 SSＲIT 在转录组数据中查找 SSＲ 位
点，查找标准位二、三、四、五、六核苷酸的最小重复
次数分别为 9，7，5，5，5 次，并且 SSＲ 位点侧翼序列
长度≥50 bp。
2 结果与分析
2. 1 转录组测序与组装
对油桐 8 月(Ⅰ期)、10 月(Ⅱ期)的花芽转录
组测序后总共获得 70 511 条 unigene 序列，其中Ⅰ
期和Ⅱ期分别获得 59 270 条和 65 481 条序列(图
1)。unigene 序列长度主要分布在 300 ～ 3 000 nt 之
间，长度大于 3 000 nt 的序列数量有 1 549 条，占总
序列数量的 2. 2%。unigene 序列数量随着序列长度
的增加而平缓逐步递减，可见测试样品质量很好。
图 1 Unigene 序列长度分布
Fig． 1 The length distribution of unigene sequence
图 2 所示，GO 富集性分析将注释的 unigene 序
列分成分子功能、细胞组分、生物过程 3 个大类 55
个小类。其中细胞增殖、代谢过程、催化活性 3 类富
集程度较高，这可能与花芽分化过程中分生组织不
断进行细胞增殖来建成各种花器官原基，导致花芽
内代谢活动旺盛有关。unigene 的 Pathway 富集性分
析将 unigene 归类于 128 个代谢途径，其中花芽分化
Ⅰ期和Ⅱ期差异 unigene 的 Pathway 富集性分析的
前 10 个 Pathway 数据列于表 1。对油桐花芽 2 个发
育时期的 unigene 表达量进行比较后发现，随着花
芽的发育，越来越多的 unigene 表达量呈上调趋势
且上调基因数超过下调基因数(图 3)。
2. 2 油桐 SSＲ 标记开发
利用在线微卫星位点扫描工具 SSＲIT 在转录
组数据中查找到 2 020 个由二至六个核苷酸重复
序列组成的 SSＲ 位点(表 2)，占 unigene 总数的比
例为 3. 41%。二核苷酸重复类型所占比例最高，
达到 60. 04%，随后依次为三、四、五、六核苷酸重
复 类 型，所 占 比 例 分 别 为 30. 10%，7. 97%，
1. 00%，0. 89%。在检出的 SSＲ 中，共发现 381 种
基元类型，出现频率高的前 10 种重复基元为 AC /
GT ( 854 个 )，AT /AT ( 278 个 )，AAG /CTT ( 151
个)，AAT /ATT (118 个)，ACC /GGT(91 个)，AC /
GT ( 81 个 )，ATC /ATG ( 72 个 )，AGG /CCT ( 63
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林 业 科 学 50 卷
个 )，AGC /CTG ( 49 个 )，AAC /GTT (32 个 )。上
述 SSＲ 特征分析有助于开展油桐及其同属物
种通用 性 分 子 标 记 开 发 和 遗 传 图 谱 构 建 的
研究。
图 2 Unigene 的 GO 功能注释及分类统计结果
Fig． 2 GO function annotation and classification of unigene
1) 生物过程 1:生物附着; 2:生物调控; 3:碳利用; 4:细胞增殖; 5:细胞成分组织; 6:细胞过程; 7:凋亡; 8:发育过程; 9:定位系统的建
立; 10:生长; 11:免疫系统过程; 12:定位; 13:移动; 14:代谢过程; 15:多机体过程; 16:多细胞组织过程; 17:生物过程负调控; 18:生物过
程正调控; 19:生物过程调控; 20:再生; 21:再生过程; 22:刺激应答; 23:信号; 24:单一的生物过程。2)细胞成分 25:细胞; 26:胞间连
丝; 27:细胞要素; 28:细胞外液; 29:细胞外液要素; 30:细胞间区域; 31:细胞间区域要素; 32:大分子复合物; 33:膜; 34:膜要素; 35:膜结
合腔体; 36:核状体; 37:细胞器; 38:细胞器要素; 39:共质体。3)分子功能 40:抗氧化剂活性; 41:结合剂活性; 42:催化剂活性; 43:通道
调节因子活性; 44:电荷载体活性; 45:酶调控因子活性; 46:金属伴侣活性; 47:分子感应器活性; 48:核苷酸结合转录因子活性; 49:营养受
体活性; 50:蛋白质结合转录因子活性; 51:蛋白标签; 52:受体活性; 53:结构分子活性; 54:翻译调控因子活性; 55:转运因子活性。
1) Biological process 1: Biological adhesion; 2:Biological regulation; 3:Carbon utilization; 4:Cell proliferation; 5:Cellular component organization
or biogenesis; 6:Cellular process; 7:Death; 8:Developmental process; 9:Establishment of localization; 10:Growth; 11:Immune system process; 12:
Localization; 13:Locomotion; 14:Metabolic process; 15:Multi-organism process; 16:Multicellular organismal process; 17:Negative regulation of
biological process; 18:Positive regulation of biological process; 19:Ｒegulation of biological process; 20:Ｒeproduction; 21:Ｒeproductive process; 22:
Ｒesponse to stimulus; 23:Signaling; 24:Single-organism process． 2) Cellular component 25:Cell; 26:Cell junction; 27:Cell part; 28:Extracellular
matrix; 29: Extracellular matrix part; 30: Extracellular region; 31: Extracellular region part; 32: Macromolecular complex; 33: Membrane; 34:
Membrane part; 35: Membrane-enclosed lumen; 36: Nucleoid; 37: Organelle; 38: Organelle part; 39: Symplast． 3 ) Molecular function 40:
Antioxidant activity; 41:Binding; 42:Catalytic activity; 43:Channel regulator activity; 44:Electron carrier activity; 45:Enzyme regulator activity; 46:
Metallochaperone activity; 47:Molecular transducer activity; 48:Nucleic acid binding transcription factor activity; 49:Nutrient reservoir activity; 50:
Protein binding transcription factor activity; 51:Protein tag; 52:Ｒeceptor activity; 53:Structural molecule activity; 54:Translation regulator activity;
55:Transporter activity．
表 1 转录组 KEGG 代谢途径分类
Tab． 1 KEGG classification of transcriptome
编号
No．
代谢通路
Pathway
DEG 数量
DEG number
总数量
Number
1 植物激素信号转导 Plant hormone signal transduction 694 1 255
2 二芳基庚和姜辣素的生物合成 Stilbenoid，diarylheptanoid and gingerol biosynthesis 206 300
3 次生代谢产物生物合成 Biosynthesis of secondary metabolites 1 484 3 063
4 柠檬烯和 α －蒎烯降解 Limonene and pinene degradation 166 251
5 植物 －真菌互作 Plant-pathogen interaction 836 1 680
6 类黄酮生物合成 Flavonoid biosynthesis 179 280
7 苯丙烷生物合成 Phenylpropanoid biosynthesis 263 465
8 双萜生物合成 Diterpenoid biosynthesis 90 130
9 淀粉和蔗糖代谢 Starch and sucrose metabolism 325 614
10 新陈代谢 Metabolic pathways 2 558 5 856
2. 3 转录组中开花相关基因分析
大量研究表明，显花植物花发育具有相对遗传
保守性。本研究从油桐花芽转录组数据中获得 103
个开花相关基因，其中包括光周期途径相关基因如
光敏色素基因 PHYA，PHYB，PHYC 和 PHYE，隐花色
素基因 CＲY1 和 CＲY2，生物节律相关基因如 CO，
ELF4 和 PIF1 等，春化途径相关基因如 FLC，VIN3，
VＲN1，VＲN2LEO1 和 ACT1 等，GA 途径相关基因如
GAI，ＲGL1 和 DELLA1 等，自主途径相关基因如
FCA，FLD 和 LD 等。此外，从转录组数据中还获得
了 FＲI，FES1 和 FＲL1 这 3 个与 FＲI 依赖途径相关
的调控基因以及与年龄调节相关的 SPL 基因。
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第 5 期 孙 颖等: 油桐花芽 2 个不同发育时期转录组分析
图 3 差异表达基因数
Fig． 3 Number of different expressed unigene
光周期调控途径中，光敏色素 PHYA，PHYB，
PHYC，PHYD 和隐花色素基因 CＲY1，CＲY2 均为下
调表达基因，而 CDF2，PIF3，LHY，ZTL，ELF3 等基因
则为该调控途径上调表达基因。与植物昼夜节律相
关的 CCA1 基因上调表达。春化途径中的上调基因
有 VIP2，VＲN1。属于赤霉素成花调控途径的 ＲGL
基因为上调基因而 GAI 基因属于下调基因。自主调
控途径基因全部为上调表达基因。整合子基因中上
调表达基因 FLC，AP1，SOC1。与花器官发育相关基
因属于上调表达基因。编码 CO 基因的 36 个
unigene 中有 14 个下调表达，22 个上调表达。
表 2 SSＲ 不同重复基元分布及优势碱基组成
Tab． 2 Distribution and compositions of the dominant repeat for the different SSＲ
重复类型
Ｒepeat type
SSＲ 数量
SSＲ number
比例
Proportion(% )
优势重复单元
Advantage repeat
二核苷酸 Dinucleotide 1 213 60. 04 AG /CT
三核苷酸 Trinucleotide 608 30. 10 AAG /CTT
四核苷酸 Tetranucleotide 161 7. 97 AAAC /GTTT
五核苷酸 Pentanucleotide 20 1. 00 AAAAG /CTTTT
六核苷酸 Hexanucleotide 18 0. 89 AGAGGG /CCCTCT
总计 Total 2 020 100. 0
3 讨论
本研究转录组测序样品为处于形态分化阶段 2
个不同时期的油桐花芽，是油桐成花转变的典型时
期。研究结果在一定程度上解析了油桐花芽形态分
化的分子调控模式与机制，并为进一步的花发育分
子机制研究提供了基础，也为油桐花期调控和分子
育种提供了可利用的基因资源。
植物通过叶片感受光诱导，经过一系列生理生
化反应传导到茎尖生长点，从而诱导成花。本研究
发 掘 出 在 拟 南 芥 ( Arabidopsis thaliana )、小 麦
( Triticum aestivum )、 甘 菊 ( Dendranthema
lavandulifolium)中均有发现的一系列受体基因，如
光敏色素基因 PHYA 等，由此可见其进化遗传的保
守性。本研究发掘出 12 条 GI 基因同源序列，有研
究表明，GI 基因通过感受昼夜节律变化，进而引起
自身表达量变化，从而调控下游 CO 基因的表达模
式，最终影响植物的成花时间; 本研究发现 36 条
CO 基因的同源序列，在长日照的傍晚和短日照的
晚上这 2 种光照条件下，当 CO 基因的表达量超过
一定数值后激活 FT 基因表达，从而促使植物开花
(孙昌辉等，2007)。也有研究表明，CO 在光周期调
控途径中的作用与物种有关(Hayama et al．，2003)，
因此该基因在油桐花芽分化中的作用机制还有待进
一步研究。
光周期途径和赤霉素途径最终通过激活开花整
合基因 FT 和 SOC1 促进植物开花 ( Samach et al．，
2000; Suarez et al．，2001)。在油桐花芽转录组中发
现 5 条与 FT 高度同源的 unigene 序列( Izawa et al．，
2002; Kojima et al．，2002)。SOC1 基因能够被长日
照条件下的 CO 激活或 GA 途径激活 ( Lee et al．，
2010)，本研究在油桐转录组中发现 4 条与之高度相
似的 unigene 序列。花芽分化Ⅱ期光敏色素基因和
隐花色素基因表达量上调，昼夜节律钟基因 CCA1
的表达量也上调，另外，ELF4 的表达量下降，PIF3
的表达量升高，这表明此时油桐光周期途径被启动。
油桐在春季自然开花，需要春化作用的诱导。
本研究发掘出需受长期低温诱导才能在春化初期表
达的 VIN3 基因，但没有发掘到与春化稳定作用相关
的 VIN1 基因和 VIN2 基因，可见其春化机制与拟南
芥存在差异。同时鉴定出与小麦的春化相关基因
VＲN1 和 VＲN2 同源序列分别为 16 条和 2 条，表明
油桐春化机制可能有 2 条或更多条途径调控。
春化途径、自主途径和 FＲI 依赖途径均通过不
同方式调控 FLC 基因表达，从而影响植物成花。春
化作用可降低 FLC 的表达水平而促进植物开花，
FＲI 基因与春化作用相拮抗，从而对 FLC 的表达水
平起正调控作用。自主途径的一系列基因则对 FLC
的表达起负调控作用。本研究发掘出与上述 3 类调
控途径基因如 FCA，FY，FLD，FPA，LD 等高度同源
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林 业 科 学 50 卷
的若干 unigene 序列。另外，还发现 HOS1 基因的同
源 unigene 序列，HOS1 基因独立于上述 3 条成花调
控途径，负调控 FLC 基因的表达。转录组数据中发
现了与年龄调控途径相关 SPL 基因的同源序列。
以上分析表明油桐具有复杂的成花调控途径，其调
控机制的解析有待于进一步研究。
春化途径和自主途径都是通过抑制 FLC 基因
的表达来参与成花调控 (Amasino et al．，2010; Kim
et al．，2009)。本研究鉴定出 2 条与 FLC 基因高度
同源的 unigene 序列，大多数拟南芥天然早花突变
体的 FLC 基因表达较弱或者不表达。FLC 基因在
拟南芥和其他物种中的功能存在差异 ( Locasdo et
al．，2009)，FLC 基因在油桐中的表达模式与功能是
否与拟南芥相同还有待研究。
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