توالی‌یابی رونویسی تک‌مولکولی در زمان واقعی ژن‌های تنظیم‌کننده گلدهی در زعفران (Crocus sativus) را شناسایی کرد

زمینه زعفران (Crocus sativus) یک ادویه ارزشمند با کاربردهای دارویی در بیماری‌های زنان و اختلالات سیستم عصبی است. شناسایی ژن‌های تنظیم‌کننده گل‌دهی نقش اساسی در افزایش تعداد گل‌ها دارد و در نتیجه منجر به تولید بالای زعفران می‌شود. نتایج دو مجموعه ژن ترانسکریپتوم تمام طول برای زعفران گل‌دهنده و غیرگل‌دهنده به‌طور جداگانه با استفاده از روش توالی‌یابی تک‌مولکولی زمان واقعی (SMRT) ایجاد شدند. مجموعاً شانزده سلول SMRT داده‌ای به حجم 22.85 گیگابایت و 75,351 یونیک ژن تمام طول زعفران را روی پنل PacBio RS II تولید کردند و همچنین 79,028 SSR، 72,603 lncRNA و 25,400 رویداد اسپلایسینگ جایگزین (AS) به دست آمد. با استفاده از پلتفرم RNA-seq ایلومینا، پانزده کرم دیگر با تعداد گل‌های متفاوت نیز توالی‌یابی شدند.بسیاری از ژن‌های متمایز بیان‌شده (DEGs) به‌صورت جداگانه بین جوانه‌های بالایی گلده و جوانه‌های بالایی غیرگلده مطابقت یافته تحت درمان با سرما (۱۶۷۷)، جوانه‌های بالایی گلده از غده‌های ۲۰ گرمی و جوانه‌های بالایی غیرگلده از غده‌های ۶ گرمی (۱۰۸۶)، و جوانه‌های جانبی گلده و غیرگلده مطابقت یافته (۲۶۷) مورد بررسی قرار گرفتند. در مجموع، ۶۲ ژن احتمالی مرتبط با گل که نقش‌های مهمی در مسیرهای سرمای‌زدایی (VRNs)، جیبرلین‌ها (G3OX, G2OX)، فتوسیکل (PHYB, TEM1, PIF4)، خودگردانی (FCA) و سن (SPLs) ایفا می‌کردند، شناسایی شدند و نمای شماتیکی از شبکه تنظیم ژن‌های گلدهی در گل زعفران برای نخستین بار گزارش شد.پس از تأیید توسط qPCR در زمان واقعی در ۳۰ نمونه، دو ژن جدید، PB.20221.2 (p = 0.004, r = 0.52) و PB.38952.1 (p = 0.023, r = 0.41)، سطح بیان به‌طور قابل توجهی بالاتری در گیاهان گل‌دهنده نشان دادند. توزیع بافتی نشان داد که بیان این ژن‌ها به‌طور خاص در اندام‌های گل بالا است و تحلیل بیان در طول زمان نشان داد که رونویسی‌ها در دوره رشد گل به‌تدریج انباشته می‌شوند.

Background
Saffron crocus (Crocus sativus) is a valuable spice with medicinal uses in gynaecopathia and nervous system diseases. Identify flowering regulatory genes plays a vital role in increasing flower numbers, thereby resulting in high saffron yield.
Results
Two full length transcriptome gene sets of flowering and non-flowering saffron crocus were established separately using the single-molecule real-time (SMRT) sequencing method. A total of sixteen SMRT cells generated 22.85 GB data and 75,351 full-length saffron crocus unigenes on the PacBio RS II panel and further obtained 79,028 SSRs, 72,603 lncRNAs and 25,400 alternative splicing (AS) events. Using an Illumina RNA-seq platform, an additional fifteen corms with different flower numbers were sequenced. Many differential expression unigenes (DEGs) were screened separately between flowering and matched non-flowering top buds with cold treatment (1677), flowering top buds of 20 g corms and non-flowering top buds of 6 g corms (1086), and flowering and matched non-flowering lateral buds (267). A total of 62 putative flower-related genes that played important roles in vernalization (VRNs), gibberellins (G3OX, G2OX), photoperiod (PHYB, TEM1, PIF4), autonomous (FCA) and age (SPLs) pathways were identified and a schematic representation of the flowering gene regulatory network in saffron crocus was reported for the first time. After validation by real-time qPCR in 30 samples, two novel genes, PB.20221.2 (p = 0.004, r = 0.52) and PB.38952.1 (p = 0.023, r = 0.41), showed significantly higher expression levels in flowering plants. Tissue distribution showed specifically high expression in flower organs and time course expression analysis suggested that the transcripts increasingly accumulated during the flower development period.
Conclusions
Full-length transcriptomes of flowering and non-flowering saffron crocus were obtained using a combined NGS short-read and SMRT long-read sequencing approach. This report is the first to describe the flowering gene regulatory network of saffron crocus and establishes a reference full-length transcriptome for future studies on saffron crocus and other Iridaceae plants.