Mining candidate genes of seed weight based on RNA-Seq of seeds and capsule walls in <italic style="font-style: italic">Sesamum indicum</italic> L.

ZENG Xin-ru; DUAN Xian-qin; ZHAO Jun; CHEN Yan-ni; LI Shi-xiang; DENG Yan-xin; HE Qiu-hui; SUN Jian; WEI Wen-liang

doi:10.19802/j.issn.1007-9084.2025243

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Mining candidate genes of seed weight based on RNA-Seq of seeds and capsule walls in Sesamum indicum L.

更新时间：2026-10-31

- Mining candidate genes of seed weight based on RNA-Seq of seeds and capsule walls in Sesamum indicum L.
- Chinese Journal of Oil Crop Sciences Vol. 48, Issue 4, Pages: 58-71(2026)
- 作者机构：
  
  1.长江大学农学院/长江中游作物绿色高效生产重点实验室（省部共建），湖北荆州，434025
  2.武汉现代农业教育中心，湖北武汉，430040
  3.新疆维吾尔自治区农业科学院作物研究所，新疆乌鲁木齐，830091
  4.江西省农业科学院作物研究所/油料作物遗传改良江西省重点实验室，江西南昌，330200
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.19802/j.issn.1007-9084.2025243
  CLC： S565.4
- Received：05 November 2025，
  
  Published：25 August 2026
- 稿件说明：
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曾心茹,段先琴,赵俊等.基于芝麻籽粒和蒴果皮转录组挖掘粒重候选基因[J].中国油料作物学报,2026,48(04):58-71.

ZENG Xin-ru,DUAN Xian-qin,ZHAO Jun,et al.Mining candidate genes of seed weight based on RNA-Seq of seeds and capsule walls in Sesamum indicum L.[J].Chinese Journal of Oil Crop Sciences,2026,48(04):58-71.
曾心茹,段先琴,赵俊等.基于芝麻籽粒和蒴果皮转录组挖掘粒重候选基因[J].中国油料作物学报,2026,48(04):58-71. DOI： 10.19802/j.issn.1007-9084.2025243.

ZENG Xin-ru,DUAN Xian-qin,ZHAO Jun,et al.Mining candidate genes of seed weight based on RNA-Seq of seeds and capsule walls in Sesamum indicum L.[J].Chinese Journal of Oil Crop Sciences,2026,48(04):58-71. DOI： 10.19802/j.issn.1007-9084.2025243.

摘要

粒重形成与叶片及绿色果皮的光合作用有关，挖掘调控种子重量/大小的关键基因对作物高产育种具有重要意义。为进一步解析芝麻粒重形成机制并为粒重改良提供分子基础，本研究通过分析粒重差异显著芝麻材料（L1，大粒；S1，小粒）不同发育时期（5 DAP、10 DAP和20 DAP）籽粒和蒴果皮的转录组数据，挖掘差异表达基因，对差异表达基因进行GO和KEGG分析，筛选粒重相关候选基因；并利用qRT-PCR技术分析粒重相关候选基因表达模式。结果表明，在L1和S1三个发育时期蒴果皮中均能检测到的差异表达基因有160个，其中上调基因60个、下调基因100个；主要富集到氨基糖和核苷酸糖的代谢、氨基酸的生物合成、苯丙类物质合成、碳代谢、植物激素信号转导、核糖体等。在L1和S1三个发育时期籽粒中均能检测到的差异表达基因有253个，其中上调基因123个、下调基因130个；主要富集到碳水化合物的运输和代谢、氨基酸的转运和代谢、植物激素信号转导、核糖体等。结合转录组分析结果及文献报道，筛选出14个与物质合成和转运、碳代谢、种子大小等相关的粒重候选基因（籽粒中8个、蒴果皮中9个）。进一步利用6份不同粒重种质进行候选基因的qRT-PCR表达分析，结果揭示

KLU

（

CYTOCHROME P450 78A5，CYP78A5

）

、ARF2

（auxin response factor 2)、

DA1

（E3 ubiquitin ligases）等候选基因对芝麻籽粒发育和粒重形成具有复杂而重要的作用。本研究系统分析了芝麻籽粒和蒴果皮中的差异表达基因及其代谢通路，筛选出14个与籽粒发育和粒重形成有关的候选基因。

Abstract

Mining key genes regulating seed weight/size is of great significance for high-yield breeding of crops. To provide molecular basis for further elucidating the mechanism of seed weight formation and to improve seed weight in sesame

transcriptome data of seeds and capsule walls from sesame accessions with different seed weights (L1 with large seeds and S1 with small seeds) at different stages (5 DAP

10 DAP

and 20 DAP) were analyzed. Differentially expressed genes (DEGs) were detected and subjected to GO and KEGG analyses to screen seed weight-related candidate genes. qRT-PCR was employed to investigate expression patterns of candidate genes associated with seed weight. A total of 160 DEGs were found simultaneously in capsule walls of L1 and S1 at all stages

including 60 up-regulated and 100 down-regulated genes. These genes were enriched into pathways of amino sugar and nucleotide sugar metabolism

amino acid biosynthesis

phenylalanine synthesis

carbon metabolism

plant hormone signaling

and ribosome-related processes by GO and KEGG. And a total of 253 DEGs were detected synchronously in seeds of L1 and

S1 at different stages

including 123 up-regulated and 130 down-regulated genes

which were enriched into pathways of carbohydrate transport and metabolism

amino acid transport and metabolism

plant hormone signaling

and ribosome-related processes by GO and KEGG. Based on RNA-Seq analysis and literatures reported

14 genes (8 in seeds and 9 in capsule walls)

which associated with photosynthesis

material synthesis and transport

carbon metabolism

and seed size-related traits

were identified as seed weight related candidate genes. Gene expression analysis by qRT-PCR analysis further revealed

KLU

DA1

and

ARF2

play complex and important roles during seed development and seed weight formation in sesame.

关键词

Keywords

references

张衡 . 116份芝麻种质资源农艺性状分析及评价［J］. 中国种业， 2023 （ 9 ）： 59 - 65 . DOI： 10.19462/j.cnki.1671-895x.2023.09.031 http://dx.doi.org/10.19462/j.cnki.1671-895x.2023.09.031

崔承齐，刘艳阳，江晓林，等 . 芝麻产量相关性状的多位点全基因组关联分析及候选基因预测［J］. 中国农业科学， 2022 ， 55 （ 1 ）： 219 - 232 . DOI： 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.018 http://dx.doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.018 .

Gu B G ， Dong H ， Smith C ， et al . Modulation of receptor-like transmembrane kinase 1 nuclear localization by DA1 peptidases in Arabidopsis ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 2022 ， 119 （ 40 ）： e2205757119 . DOI： 10.1073/pnas.2205757119 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2205757119 .

Keren I ， Lacroix B ， Kohrman A ， et al . Histone deubiquitinase OTU1 epigenetically regulates DA1 and DA2， which control Arabidopsis seed and organ size ［J］. iScience ， 2020 ， 23 （ 3 ）： 100948 . DOI： 10.1016/j.isci.2020.100948 http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2020.100948 .

Zheng L Y ， Wu H L ， Wang A B ， et al . The SOD7/DPA4–GIF1 module coordinates organ growth and iron uptake in Arabidopsis ［J］. Nat Plants ， 2023 ， 9 （ 8 ）： 1318 - 1332 . DOI： 10.1038/s41477-023-01475-0 http://dx.doi.org/10.1038/s41477-023-01475-0 .

Zhou C L ， Lin Q B ， Ren Y L ， et al . A CYP78As–small grain4–coat protein complex Ⅱ pathway promotes grain size in rice ［J］. Plant Cell ， 2023 ， 35 （ 12 ）： 4325 - 4346 . DOI： 10.1093/plcell/koad239 http://dx.doi.org/10.1093/plcell/koad239 .

Wu X D ， Cai X B ， Zhang B W ， et al . ERECTA regulates seed size independently of its intracellular domain via MAPK-DA1-UBP15 signaling ［J］. Plant Cell ， 2022 ， 34 （ 10 ）： 3773 - 3789 . DOI： 10.1093/plcell/koac194 http://dx.doi.org/10.1093/plcell/koac194 .

Khan M H U ， Hu L M ， Zhu M S ， et al . Targeted mutagenesis of EOD3 gene in Brassica napus L. regulates seed production ［J］. J Cell Physiol ， 2021 ， 236 （ 3 ）： 1996 - 2007 . DOI： 10.1002/jcp.29986 http://dx.doi.org/10.1002/jcp.29986 .

Li Y J ， Huang K ， Zhang L M ， et al . A molecular framework for the GS2-SUG1 module-mediated control of grain size and weight in rice ［J］. Nat Commun ， 2025 ， 16 ： 3944 . DOI： 10.1038/s41467-025-59236-w http://dx.doi.org/10.1038/s41467-025-59236-w .

Zhang Y M ， Yu H X ， Ye W W ， et al . A rice QTL GS3.1 regulates grain size through metabolic-flux distribution between flavonoid and lignin metabolons without affecting stress tolerance ［J］. Commun Biol ， 2021 ， 4 ： 1171 . DOI： 10.1038/s42003-021-02686-x http://dx.doi.org/10.1038/s42003-021-02686-x .

Abbas W ， Shalmani A ， Zhang J ， et al . TheGW5-WRKY53- SGW5 module regulates grain size variation in rice ［J］. New Phytol ， 2024 ， 242 （ 5 ）： 2011 - 2025 . DOI： 10.1111/nph.19704 http://dx.doi.org/10.1111/nph.19704 .

Li L F ， Li J J ， Liu K K ， et al . DGW1 ， encoding an hnRNP-like RNA binding protein， positively regulates grain size and weight by interacting with GW6 mRNA ［J］. Plant Biotechnol J ， 2024 ， 22 （ 2 ）： 512 - 526 . DOI： 10.1111/pbi.14202 http://dx.doi.org/10.1111/pbi.14202 .

Zhang Y ， Xiong Y ， Liu R Y ， et al . The Rho-family GTPase OsRac1 controls rice grain size and yield by regulating cell division ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 2019 ， 116 （ 32 ）： 16121 - 16126 . DOI： 10.1073/pnas.1902321116 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1902321116 .

Liu S Y ， Hua L ， Dong S J ， et al . OsMAPK6， a mitogen-activated protein kinase， influences rice grain size and biomass production ［J］. Plant J ， 2015 ， 84 （ 4 ）： 672 - 681 . DOI： 10.1111/tpj.13025 http://dx.doi.org/10.1111/tpj.13025 .

Wu W F ， Zhu L H ， Wang P ， et al . Transcriptome-based construction of the gibberellin metabolism and signaling pathways in Eucalyptus grandis × E. urophylla， and functional characterization of GA20ox and GA2ox in regulating plant development and abiotic stress adaptations ［J］. Int J Mol Sci ， 2023 ， 24 （ 8 ）： 7051 . DOI： 10.3390/ijms24087051 http://dx.doi.org/10.3390/ijms24087051 .

Feng W Q ， Zhou Y H ， Duan H M ， et al . Maize ZmBES1/BZR1-4 recruits ZmTLP5 to regulate drought tolerance and seed development by regulating ZmPum6 and ZmMBP1 ［J］. Plant J ， 2025 ， 122 ： e70162 . DOI： 10.1111/tpj.70162 http://dx.doi.org/10.1111/tpj.70162 .

Lu X ， Xiong Q ， Cheng T ， et al . A PP2C-1 allele underlying a quantitative trait locus enhances soybean 100-seed weight ［J］. Mol Plant ， 2017 ， 10 （ 5 ）： 670 - 684 . DOI： 10.1016/j.molp.2017.03.006 http://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2017.03.006 .

Gu Y Z ， Li W ， Jiang H W ， et al . Differential expression of a WRKY gene between wild and cultivated soybeans correlates to seed size ［J］. J Exp Bot ， 2017 ， 68 （ 11 ）： 2717 - 2729 . DOI： 10.1093/jxb/erx147 http://dx.doi.org/10.1093/jxb/erx147 .

Ge L F ， Yu J B ， Wang H L ， et al . Increasing seed size and quality by manipulating BIG SEEDS1 in legume species ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 2016 ， 113 （ 44 ）： 12414 - 12419 . DOI： 10.1073/pnas.1611763113 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1611763113 .

Liu J ， Hua W ， Hu Z Y ， et al . Natural variation in ARF18 gene simultaneously affects seed weight and silique length in polyploid rapeseed ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 2015 ， 112 （ 37 ）： 5123 - 5132 . DOI： 10.1073/pnas.1502160112 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1502160112 .

Xie G N ， Li Z X ， Ran Q J ， et al . Over-expression of mutated ZmDA1 or ZmDAR1 gene improves maize kernel yield by enhancing starch synthesis ［J］. Plant Biotechnol J ， 2018 ， 16 （ 1 ）： 234 - 244 . DOI： 10.1111/pbi.12763 http://dx.doi.org/10.1111/pbi.12763 .

Kumar R ， Saini M ， Taku M ， et al . Identification of quantitative trait loci （QTLs） and candidate genes for seed shape and 100-seed weight in soybean ［ Glycine max （L.） Merr ［J］. Front Plant Sci ， 2023 ， 13 ： 1074245 . DOI： 10.3389/fpls.2022.1074245 http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2022.1074245 .

Lv J H ， Liu Z B ， Liu Y H ， et al . Comparative transcriptome analysis between cytoplasmic male-sterile line and its maintainer during the floral bud development of pepper ［J］. Hortic Plant J ， 2020 ， 6 （ 2 ）： 89 - 98 . DOI： 10.1016/j.hpj.2020.01.004 http://dx.doi.org/10.1016/j.hpj.2020.01.004 .

Singh V K ， Jain M . Genome-wide survey and comprehensive expression profiling of Aux/IAA gene family in chickpea and soybean ［J］. Front Plant Sci ， 2015 ， 6 ： 918 . DOI： 10.3389/fpls.2015.00918 http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2015.00918 .

Hibberd J M ， Quick W P . Characteristics of C4 photosynthesis in stems and petioles of C3 flowering plants ［J］. Nature ， 2002 ， 415 （ 6870 ）： 451 - 454 . DOI： 10.1038/415451a http://dx.doi.org/10.1038/415451a .

Zhang Y ， Mulpuri S ， Liu A Z . Photosynthetic capacity of the capsule wall and its contribution to carbon fixation and seed yield in castor （ Ricinus communis L.）［J］. Acta Physiol Plant ， 2016 ， 38 （ 10 ）： 245 . DOI： 10.1007/s11738-016-2263-y http://dx.doi.org/10.1007/s11738-016-2263-y .

Hua W ， Li R J ， Zhan G M ， et al . Maternal control of seed oil content in Brassica napus ： the role of silique wall photosynthesis ［J］. Plant J ， 2012 ， 69 （ 3 ）： 432 - 444 . DOI： 10.1111/j.1365-313x.2011.04802.x http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-313x.2011.04802.x .

Pengelly J J L ， Kwasny S ， Bala S M ， et al . Functional analysis of corn husk photosynthesis ［J］. Plant Physiol ， 2011 ， 156 （ 2 ）： 503 - 513 . DOI： 10.1104/pp.111.176495 http://dx.doi.org/10.1104/pp.111.176495 .

Chaudhary C ， Sharma N ， Khurana P . The contribution of ear photosynthesis to grain filling in bread wheat ［J］. Field Crop ， 2010 ， 119 ： 48 - 58 . DOI： 10.1016/j.fcr.2010.06.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.fcr.2010.06.014 .

陈艳妮，徐鸿儒，赵云燕，等 . 芝麻蒴果发育过程中蒴果皮的光合作用及籽粒充实的变化研究［J］. 植物生理学报， 2022 ， 58 （ 4 ）： 723 - 732 . DOI： 10.13592/j.cnki.ppj.100054 http://dx.doi.org/10.13592/j.cnki.ppj.100054 .

赵俊，段先琴，陈艳妮，等 . 芝麻蒴果光合作用对粒重形成相关性状的贡献率分析［J］. 作物杂志， 2024 ，（ 4 ）： 121 - 129 . DOI： 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.04.015 http://dx.doi.org/10.16035/j.issn.1001-7283.2024.04.015 .

Wang L H ， Xia Q J ， Zhang Y X ， et al . Updated sesame genome assembly and fine mapping of plant height and seed coat color QTLs using a new high-density genetic map ［J］. BMC Genom ， 2016 ， 17 （ 1 ）： 31 . DOI： 10.1186/s12864-015-2316-4 http://dx.doi.org/10.1186/s12864-015-2316-4 .

Wang H ， Cui C Q ， Liu Y Y ， et al . Genetic mapping of QTLs controlling brown seed coat traits by genome resequencing in sesame （ Sesamum indicum L.）［J］. Front Plant Sci ， 2023 ， 14 ： 1131975 . DOI： 10.3389/fpls.2023.1131975 http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2023.1131975 .

Mei H X ， Cui C Q ， Liu Y Y ， et al . QTL ana lysis of traits related to seed size and shape in sesame （ Sesamum indicum L.）［J］. PLoS One ， 2023 ， 18 （ 11 ）： e0293155 . DOI： 10.1371/journal.pone.0293155 http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0293155 .

Weldemichael M Y ， Gebremedhn H M . QTL mapping in sesame （ Sesamum indicum L.）： a review ［J］. J Biotechnol ， 2023 ， 376 ： 11 - 23 . DOI： 10.1016/j.jbiotec.2023.09.003 http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiotec.2023.09.003 .

Hardcastle T J ， Kelly K A . baySeq： Empirical Bayesian methods for identifying differential expression in sequence count data ［J］. BMC Bioinform ， 2010 ， 11 （ 1 ）： 422 . DOI： 10.1186/1471-2105-11-422 http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-11-422 .

Schmittgen T D ， Livak K J . Analyzing real-time PCR data by the comparative CT method ［J］. Nat Protoc ， 2008 ， 3 （ 6 ）： 1101 - 1108 . DOI： 10.1038/nprot.2008.73 http://dx.doi.org/10.1038/nprot.2008.73 .

Li N ， Li Y H . Signaling pathways of seed size control in plants ［J］. Curr Opin Plant Biol ， 2016 ， 33 ： 23 - 32 . DOI： 10.1016/j.pbi.2016.05.008 http://dx.doi.org/10.1016/j.pbi.2016.05.008 .

Zhang J P ， Yao J ， He K R ， et al . Jasmonate signaling coordinates with the SOD7–KLU pathway to regulate seed size in Arabidopsis thaliana ［J］. Plant Cell ， 2025 ， 37 （ 8 ）： koaf178 . DOI： 10.1093/plcell/koaf178 http://dx.doi.org/10.1093/plcell/koaf178 .

杨阳，苍晶，王学东，等 . 大豆豆荚光合特性及其对产量的贡献［J］. 东北农业大学学报， 2008 ， 39 （ 12 ）； 51 - 56 . DOI： 10.19720/j.cnki.issn.1005-9369.2008.12.012 http://dx.doi.org/10.19720/j.cnki.issn.1005-9369.2008.12.012 .

Zhang W X ， Mao P S ， Li Y ， et al . Assessing of the contributions of pod photosynthesis to carbon acquisition of seed in alfalfa （ Medicago sativa L.）［J］. Sci Rep ， 2017 ， 7 ： 42026 . DOI： 10.1038/srep42026 http://dx.doi.org/10.1038/srep42026 .

Zhou B W ， Serret M D ， Elazab A ， et al . Wheat ear carbon assimilation and nitrogen remobilization contribute significantly to grain yield ［J］. J Integr Plant Biol ， 2016 ， 58 （ 11 ）： 914 - 926 . DOI： 10.1111/jipb.12478 http://dx.doi.org/10.1111/jipb.12478 .

Hu Y Y ， Zhang Y L ， Luo H H ， et al . Important photosynthetic contribution from the non-foliar green organs in cotton at the late growth stage ［J］. Planta ， 2012 ， 235 （ 2 ）： 325 - 336 . DOI： 10.1007/s00425-011-1511-z http://dx.doi.org/10.1007/s00425-011-1511-z .

Vert G ， Walcher C L ， Chory J ， et al . Integration of auxin and brassinosteroid pathways by Auxin Response Factor 2 ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 2008 ， 105 （ 28 ）： 9829 - 9834 . DOI： 10.1073/pnas.0803996105 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0803996105 .

Peng Y C ， Chen L L ， Lu Y R ， et al . The ubiquitin receptors DA1， DAR1， and DAR2 redundantly regulate endoreduplication by modulating the stability of TCP14/15 in Arabidopsis ［J］. Plant Cell ， 2015 ， 27 （ 3 ）： 649 - 662 . DOI： 10.1105/tpc.114.132274 http://dx.doi.org/10.1105/tpc.114.132274 .

Liu H ， Li H F ， Hao C Y ， et al . TaDA1 ， a conserved negative regulator of kernel size， has an additive effect with TaGW2 in common wheat （ Triticum aestivum L.）［J］. Plant Biotechnol J ， 2020 ， 18 （ 5 ）： 1330 - 1342 . DOI： 10.1111/pbi.13298 http://dx.doi.org/10.1111/pbi.13298 .

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