三维水果生长分析阐明了柿子复杂形状多样性的发育机制


发布时间:

2023-03-14

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

水果大小和形状的确定是农业和发育生物学研究的热点。果实通常表现为具有基因型依赖的三维结构特征。尽管人们已经认识到微小的发育变化,但很少有研究在整个果实生长过程中对这些变化进行全面的可视化和测量。在这项研究中,我们使用了高分辨率的三维扫描仪来研究具有各种复杂形状的51个柿子(Diospyros kaki)栽培品种的果实发育。我们获得了2380个三维果实模型,这些模型完全代表了果实的外观,并且能够在整个果实发育过程中对独特的几何特征进行精确和自动测量。三维果实模型分析确定了决定成熟时形状属性的关键阶段。通常情况下,发现了垂直沟槽发育的遗传多样性,这种沟槽可以通过果实发育过程中腕部融合区的组织扩张来填补。此外,来自凹槽/非凹槽组织的水果组织的转录组分析揭示了与凹槽深度变化高度相关的基因共表达网络。YABBY同源物的存在与凹槽深度关系最密切,表明该途径可能是垂直凹槽深度变化的一个关键分子贡献者。这些结果证明了果实三维生长分析的有效性,它是确定果实形状变化的发育机制和这种多样性分子基础的有力工具。

 

图1 不同品种柿子果实的三维扫描。(a,b)柿子果实中(a)垂直凹槽和(b)水平凹槽的多样性;(c) “Gobangaki”中自我包裹的一个例子;(d)成熟期“Ooniwa”的3D模型;(e) 三维模型的水平截面。

 

图2 垂直沟槽发育的特点。(a) 用于确定沟槽指数(GI)的测量方法示意图。(b) "Ooniwa "的GI在整个发育阶段的转变。(c) GI#20-89转变的热图。

 

图3 水平沟槽发育的特征。(a) 用来确定水平沟槽的测量方法示意图。(b) (i) 'Kikuhira', (ii) 'Nagara', (iii) 'Sakata', (iv) 'Fudegaki', (v) 'Tenpougai', (vi) 'Tamopan', (vii) 'Midai' 和 (viii) 'Mizushimagosho' 的三维模型。(c) 沟槽位置过渡的热图(图3a中A线和B线的角度)。(d) 'Tenpougai'和'Tamopan'的沟槽深度的过渡模式。黑线表示水平的沟槽深度。(e) 'Tamopan'的体积和体积增加率的过渡。(f) 所提出的水平沟槽发展模式。

 

图4 沟槽组织的形态学特征。(a) 'Gionbou'在花期的三维模型,显示融合心皮边界的凹槽。(b) 'Gionbou'的沟槽发育的时间变化。(c) (i) 'Amayotsumizo'、(ii) 'Mizushimagosho'和(iii) 'Fuyuu'在花期前三周(2022年4月23日)的子房。在(i)和(ii)中观察到沟纹,但在(iii)中没有观察到。(d) 使用设置在发育中的种子顶端的基线测量沟纹和非沟纹区的细胞数和面积。(e) 对四个栽培品种的沟纹和非沟纹区进行显微镜分析。MIZ、SAI、AMA和FUY分别代表'Mizushimagosho'、'Saijou'、'Amayotsumizo'和'Fuyuu'。(f) 四个栽培品种的实质细胞大小、单宁细胞大小和在每个区域(有沟槽的,G,和无沟槽的,N)测量的细胞层的比较。

 

图5 垂直沟槽发育的转录组分析。(a) 沟槽(G)和非沟槽(N)区,从中提取RNA。(b)4和20WAB时垂直沟槽的深度。(c) DkYABBY1a和DkYABBY1c的表达模式 和DkYABBY1c的表达模式。(d) DkYABBY1a/1c的基因共表达网络。该模块的完整网络见补充图S8。ZEN, FUY, FUJ, IWA, GIO, MIZ, SAI和AMA分别代表"Zenjimaru"、"Fuyuu"、"Fuji"、"Iwasedo"、"Gionbou"、"Mizushimagosho "和 "Amayotsumizo。

 
 
来 源

Kusumi A, Nishiyama S, Tao R. Three-dimensional fruit growth analysis clarifies developmental mechanisms underlying complex shape diversity in persimmon fruit[J]. bioRxiv, 2023: 2023.02. 07.527529.

doi: https://doi.org/10.1101/2023.02.07.527529

 

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