基于WGCNA的甘蔗细胞壁建成和糖分积累调控网络分析

颜宁; 王茂瑶; 李欣茹; 沈银娟; 李鸣; 张木清; 黄江锋; 《热带作物学报 》 2025 北大核心 CSCD

摘要：甘蔗是重要的糖料作物和能源作物，糖分积累和细胞壁建成是其生长发育中的重要生物学过程。本研究以甘蔗品种新台糖22号为试验材料，采集其第1、3、5节叶片，第1、3、5、7、11、17节间茎髓和第3、5、7、11、17节间茎皮进行转录组测序。对获得的42份转录组数据利用WGCNA构建基因共表达矩阵，获得34个共表达模块。其中鉴定到与第1节叶片、第7节间茎髓和第5节间茎皮特异显著正相关的midnightblue、purple和magenta模块，KEGG代谢通路和GO功能富集分析表明这些模块参与了其组织中特定的生物学过程。Blue、yellow、turquoise和black模块分别主要在叶、幼髓、幼嫩节间和茎皮中表达，最终在blue模块中挖掘到参与光合作用的关键酶，包括LFNR1、PSAK、PETE、PSAN和NADP-ME4等，这些酶对甘蔗糖分的产生及积累十分关键。在yellow模块中，构建以SUS4为核心的蔗糖代谢网络，包括SWEET2等一系列与糖转运相关的酶和蛋白，证实了茎髓是甘蔗运输和储藏蔗糖的主要场所。在turquoise模块中，鉴定到可能参与初生细胞壁合成与修饰的糖蛋白和酶；调控次生细胞壁生物合成的转录因子NST1与其他修饰细胞壁的酶富集在black模块中，表明该模块可能参与茎皮的细胞壁沉积，为甘蔗提供机械强度与防御外界胁迫的屏障。以上结果为研究甘蔗糖分积累和细胞壁建成的调控网络提供重要参考。

关键词： 甘蔗 WGCNA 糖分积累 细胞壁 转录组 调控网络