Цель исследования заключается в том, что у растений жан-май (Tianma) при адаптации к разной высоте над уровнем моря развивается экологический тип с укороченными междоузлиями клубней и разнообразием окраски цветов и плодов. Изучение генетических механизмов различных экологических типов важно для селекции сортов в разных регионах выращивания. Метод основан на данных полного генома черного и красного жан-мая для идентификации семейства генов bHLH, а также исследовании структуры генов, хромосомного расположения, цис-регуляторных элементов, геномной синтении и филогенетического анализа. Сопоставляя данные транскриптомов и анализ в реальном времени (Real-time PCR), были исследованы модели экспрессии генов bHLH в стеблях различных экологических типов жан-мая, с последующим анализом и проверкой связи с окраской. Результаты показали 63 гена bHLHs у черного и красного жан-мая, неравномерно распределенные по 17 хромосомам и сгруппированные в 16 подтем. У ряда генов произошло заметное численное расширение. Между двумя экологическими типами обнаружены значительные инверсии и хромосомные перестановки в генах bHLHs, среди которых 12 генов, включая bHLH62-3 и bHLH74, связаны с ярко-желтым цветом стеблей красного жан-мая, 9 генов, таких как PIL13, UNE12 и bHLH130 — с красным цветом стеблей черного жан-мая. Уровень экспрессии гена bHLH48 значительно выше в цветках и чешуевидных листьях красного жан-мая, а bHLH62-3 экспрессируется значительно сильнее во всех органах красного жан-мая по сравнению с черным. Заключение: члены семейства генов bHLH у черного и красного жан-мая на разных хромосомах развили функциональное расхождение; 21 ген координирует или антагонистически взаимодействует с другими генами в регуляции метаболических путей окраски стеблей, цветов и плодов. Гены bHLH62-3 участвуют в регуляции дифференциации цвета через путь синтеза антоцианов в стеблях, связаны с формированием окраски, а GebHLH48 положительно регулирует цветочные пути, способствуя раннему цветению красного жан-мая. Исследование заложило основу для понимания генетических механизмов формирования окраски стеблей жан-мая.

Красный жан-май; Черный жан-май; гены bHLHs; цвет стебля цветов; хромосомные перестановки