番茄（Solanum lycopersicum）是研究果实生物学的既定模型；然而，大多数对番茄果实生长和成熟的研究都是基于均质果皮，而不考虑个体细胞和组织类型的内部组织或表达特征。使用激光显微切割（LM）或手分离和RNA-Seq分析，作者提出了一个番茄果子个体发生学上的时空解决转录组分析。监管和结构基因网络，包括转录因子家族和激素合成和信号传导途径，定义在组织和发育光谱。成熟程序揭示为包括基因表达的梯度，在内部组织中开始然后向外辐射，并沿着纬度轴向基本上。作者还确定了叠加在成熟梯度上的表观遗传控制模式的空间变化。功能研究阐明了先前掩盖的调控现象和关系，包括与果实品质性状（如质地，颜色，香气和代谢物特征）相关的现象。

实验材料：在开花期（DPA）受精后的5，10，20或30天时收获膨胀的果实。成熟期和成熟的果实MG阶段（全尺寸绿色果实，约39 DPA），Br阶段（约42 DPA，确定打破从绿色到黄褐色，表面少于10％），Pk阶段（50％粉红色或红色，大约Br + 2天），淡红色（LR）阶段（100％光照）红色，约Br + 4天），红色成熟（RR）阶段（约Br + 8天全红）。每天在同一时间从60个随机选择的单株上收集子房和果实样品。通过使用激光显微切割（LM）或手分离的方法获得六个主要的果实组织，包括果皮，隔膜，周围组织，胎盘，小柱，以及种子（这里分类为组织型）。

测序平台：Illumina HiSeq2500

基于组织或细胞类型的发育中番茄果实的RNA-Seq

通过来自六种主要果实组织（图1a）和五种果皮细胞/组织类型的LM衍生的或手工解剖的样品的RNA测序（RNA-Seq）产生转录组数据，共同跨越10个发育阶段的果实赤道地区（图1c）。果实组织在早熟和早熟期也分离自不同的纬度部分：在后者中，果皮端部的果皮中可观察到与成熟相关的颜色变化（图1d）。

图1 进行RNA测序的番茄组织及细胞材料

对来自总共483个样品的RNA-Seq数据进行总结。在6个果实组织和5个果皮LM样品中，在发育过程中的某一点至少有一种组织/细胞类型分别表达了24506和20732个基因（平均RPM≥1），但通常在果实膨大期间检测到更多（图2），几乎一半的基因在六种果实组织（10328个基因；42％）或五种果皮细胞/组织类型（9842基因；47％）。相反，相对较少的基因在整个发育过程中表现出组织/细胞特异性表达：在组织样品中的最大亚组（1189；4.9％）和果皮细胞/组织类型中的维管组织中（950；4.7％） （图3）。这与种子内组织的高度分化和功能特化以及形成血管组织的多种不同细胞类型一致。

图2 果实组织/细胞类型表达基因数目

图3 果实组织/细胞类型中表达基因的分布

在解剖的果皮细胞/组织样品中表达的20732个基因中，在总果皮样品中也检测到19494个，这意味着在总果皮样品中未鉴定到1238个基因（6.4％）。仅通过LM检测到的这1238个基因的表达水平相对较低（图4a）。在总果皮中检测到的19494个基因中，总共只有5.0％（从长角骨的0.2％到维管组织中的2.6％）显示细胞或组织特异性表达（图4b）。相反，仅通过LM检测到的1238个基因中，64％显示出空间特异性表达（从长角骨的2.5％到维管组织中的35％；图4c）。这些数据表明使用高分辨率转录组测序使我们能够检测在某些果皮细胞类型中仅以低量存在的转录物，并且在总果皮样品中过度稀释。

RNA-Seq的主成分分析（PCA）揭示了基于发育阶段，对应于果实赤道地区的组织或细胞类型的转录谱的清晰聚类（图5）。

图4 通过LM确定的基因表达谱

图5 6种果实组织和5种果皮组织/细胞的PCA分析

高分辨率的基因共表达网络与果实品质性状相关的基因的高分辨率转录分析

使用全局转录本分析的共表达分析允许识别功能相关的基因网络，而更高级的时空数据集应该导致更严格定义的网络预测。为了检验这个想法，作者首先使用了一种指导基因的方法，并寻找与查尔酮合成酶基因SlCHS-2共表达的基因。SlCHS-2在外表皮细胞中表现出优先表达，其在成熟开始后增加（图6a）。在30DPA之后，在种子中也检测到了SlCHS-2的表达（图6b）。图7展示了与SlCHS-2共同表达的前10个基因（SCC = 0.74-0.85）。

图6 SlCHS-2在果皮细胞/组织类型和种子中的表达

图7 表达多维数据集展示SlCHS-2和共表达基因的表达

预测生长素信号中的蛋白质相互作用

全球共表达数据也提供了一个机会来确定功能性蛋白质-蛋白质相互作用可能发生的条件，组织/细胞和发育阶段。作者对不同的组织/细胞类型和发育阶段进行了21个ARF和24个Aux / IAA基因的成对表达分析3738。在所有的ARF-Aux / IAA组合中，SlARF4和SlIAA15之间的相关性最高（Pearson相关系数（PCC）= 0.78）。预测并证实大家族成员SlARF4和SlIAA15蛋白之间的相互作用，说明高分辨率时空表达信息如何促进相互作用蛋白伙伴的预测和实验验证。

图8 生长素信号相关的成对相关分数热图

参考文献

Shinozaki Y, Nicolas P, Fernandez-Pozo N,et al. High-resolution spatiotemporal tranome mapping of tomato fruit development and ripening.Nat Commun. 2018 Jan 25;9(1):364.返回搜狐，查看更多

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