《BMC Plant Biology》：Transcriptomic analysis reveals molecular phenological changes during the flower-to-fruit transition in Vanilla planifolia Andrews (Orchidaceae)
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在兰花栽培中，授粉后综合征（PPS）影响香荚兰（Vanilla planifolia）产量，但其花到果转变的分子机制不明。研究人员对香荚兰花到果转变 4 个阶段进行转录组和组织学分析，明确各阶段分子和表型变化，为研究 PPS 机制及兰花增产提供依据。
在植物的生长历程中，花到果的转变（Flower-to-Fruit Transition，FFT）是至关重要的一环，它连接着植物的繁殖与繁衍。在拟南芥（
Arabidopsis thaliana ）等模式植物中，FFT 的过程已被较为深入地研究，人们对其相关机制有了一定的了解。然而，兰科植物却有着独特的现象。以香荚兰（
Vanilla planifolia Andrews）为例，它存在授粉后综合征（Post-pollination Syndrome，PPS）。在 PPS 中，授粉虽能启动胚珠发育，却常常导致子房过早脱落，这严重影响了香荚兰的产量和种植稳定性。并且，目前对于兰科植物花到果转变过程中的分子变化研究较少，这一知识空白亟待填补。为了解开这些谜团，来自墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为我们理解香荚兰的生长发育机制带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，他们从墨西哥韦拉克鲁斯州圣拉斐尔市托托纳卡潘地区，选取五年以上生殖期的香荚兰植株，在其花到果转变的四个阶段，即授粉前（Pre-pollination，Pre-pol）、授粉（Pollination，Pol）、授粉后（Post-pollination，Post-pol）和受精（Fertilization，Fer）阶段采集花和子房样本。在分析技术上，运用解剖学分析，对样本进行固定、软化、脱水、包埋等处理后制作切片观察；通过 RNA 分离、cDNA 文库合成和下一代测序技术，获取转录组数据；利用多种软件进行序列组装、注释、差异表达分析等。
研究结果如下：
- 解剖学描述：香荚兰花到果转变分为四个阶段。Pre-pol 阶段，子房为三心皮一室，内外表皮单层，维管束呈环状排列，传输组织开始发育。Pol 阶段，胎盘突起分支，出现大孢子母细胞，花粉粒在柱头萌发。Post-pol 阶段，珠柄弯曲形成倒生胚珠，内外珠被发育，传输组织增殖，可见花粉管和受精胚囊。Fer 阶段，传输组织减少，种子和毛状体丰富，胚珠发育成熟。
- 转录组测序与注释：对四个阶段样本构建的八个文库测序，经处理后得到大量基因和 contig，大部分组装基因是保守直系同源基因，通过多个数据库进行功能注释。
- 差异基因表达分析：在四个发育阶段的六组比较中，共鉴定出 1090 个差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）。这些基因通过聚类分析分为四个主要簇，反映了不同阶段生物过程的差异调节。同时，发现两个主要的转录谱，Profile 1 在 Pre-pol 和 Pol 阶段，相关基因参与膜和细胞壁生物合成等；Profile 2 在 Post-pol 和 Fer 阶段，基因与大量营养代谢和形态发生有关。
- 功能特征识别：通过配对 t 检验确定各阶段的功能特征基因。Pre-pol 阶段，与 mRNA 代谢、氮化合物代谢调节等相关，VpNAC14-like 和 VpVRN5-like 基因显著高表达。Pol 阶段，涉及生长、生物合成和对酸应激的反应等，VpMBS1-like 基因作用突出。Post-pol 阶段，与脂质生物合成、核酸代谢和生长素反应相关，VpIAA6-like 和 VpRALF27-like 基因表达较高。Fer 阶段，与生物刺激反应和种间相互作用有关，VpAAE3-like、VpPR1-like 和 VpSWT12-like 基因表达显著上调。
研究结论和讨论部分指出，香荚兰花到果转变过程中存在宏观层面难以察觉的分子物候变化，转录组分析能有效揭示这些变化。研究确定的四个发育阶段及各阶段的功能特征基因，有助于深入理解 PPS 的分子机制。例如，Pre-pol 阶段的基因可能参与卵巢分化和对环境信号的响应；Pol 阶段基因与保护卵巢免受光应激有关；Post-pol 阶段基因影响胚囊形成和花粉管伸长；Fer 阶段基因在种子发育和与真菌的相互作用中发挥作用。然而，研究中确定的候选基因功能尚未经实验验证，未来还需进一步研究。总体而言，该研究为香荚兰及其他具有 PPS 的植物的生殖生物学研究提供了重要基础，对作物改良和植物发育过程的理解具有重要意义，为后续研究指明了方向，有望推动兰花种植产业的发展。
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