解读葡萄发育葡萄浆果成熟的分子物候尺度

果实发育包括一系列受遗传编程和环境因素影响的物理、生化和生理变化。葡萄等水果的生长模式在同一物种内通常是一致的，但可能因遗传和环境条件而异。

葡萄生长通常使用物候尺度进行跟踪，例如Eichhorn和Lorenz(EL)和BBCH系统，该系统根据可观察的性状或可测量的参数对从设定到成熟的各个发育阶段进行分类。尽管有这些规模，但由于气候和基因型等影响，确定确切的发育阶段可能很困难。

新一代测序的最新进展为使用基因表达数据增强这些分类系统提供了可能性。现有的挑战在于成功地将这些分子信息整合到当前的分类系统中。

2023年3月，园艺研究发表了一篇题为“葡萄浆果发育的分子物候尺度”的研究论文。

为了了解葡萄浆果的分子发育，研究人员利用了Fasoli和研究团队的219个样本的RNA测序数据集。这些样品涵盖了赤霞珠(CS)和黑比诺(PN)葡萄浆果的完整发育周期，在三年内每隔7-10天采集一次。

分析显示，受年度变化的影响，2013年和2014年的成熟开始时间比2012年更早。这在PN品种中尤其明显，该品种通常比CS成熟得早。通过实施统计和数据挖掘技术，该数据集从最初的29,971个基因精炼为包含10,129个基因的核心组，这些基因在浆果发育过程中始终如一地表现出基因表达。

该核心集针对其他数据集进行了评估以进行验证。由此，研究人员通过对标准化、平滑的基因表达数据采用主成分分析，构建了分子物候量表(MPhS)。该量表呈现了点的三维散布，其中每个点都与特定的实验条件相关。然后将这些点映射到贝塞尔曲线上，均匀分布30个标记。

当将三年期CS和PN系列的样本投影到MPhS上时，大多数样本按时间顺序排列，验证了核心基因集在跟踪浆果发育方面的有效性。

研究人员进一步探索了与20至30MPhS阶段进展相关的基因功能，以更深入地研究MPhS成熟阶段后期的基础生物学。在前20个正相关基因中发现了一些涉及DNA/RNA代谢和运输的转录因子和基因，而在前20个负相关基因中发现了对激素刺激、信号转导和转录因子敏感的基因。

在评估MPhS与时间之间的关系时，研究人员发现，2012年这两个葡萄品种的转录组进展都比其他年份慢。

此外，对温度和物候之间关系的分析表明，果实发育的内在变化并不直接受到季节温度变化的影响。通过将其他葡萄浆果转录组投射到MPhS上，进一步验证了MPhS的有效性。这证明了该量表能够重新校准之前根据时间组织的研究，从而更准确地表示浆果物候阶段。

为了增强MPhS的可用性，该研究的结论是确定了一组精简的核心基因，这些基因可以有效地将浆果转录组样本映射到MPhS上。

这种方法在未来的应用中具有潜力，包括调整时间序列水果样本、提供研究水果成熟的精细系统以及解决气候变化对葡萄发育的影响等挑战。