6-BA对养分胁迫下水稻幼苗根系生长影响的蛋白质组学分析

为了揭示养分胁迫下6-BA维持水稻幼苗根系生长的分子机理,本研究采用蛋白组学分析技术,对养分胁迫下6-BA培养的水稻幼苗根系的蛋白质组差异表达进行比较分析。经过双向凝胶电泳分离,从水稻幼苗根系中获得20 个响应6-BA的差异表达蛋白质,其中14 个蛋白质得到质谱鉴定,这14 个蛋白质按其功能可以分为四大类：包括7 个参与呼吸代谢的蛋白质,4 个参与生长发育的蛋白质,2 个参与逆境胁迫的蛋白质以及1 个未知功能的蛋白质。分析结果表明,养分胁迫下,6-BA诱导了根系中参与呼吸代谢及生长发育相关蛋白质的表达量上调,增强根系的呼吸作用,促进根系的生长。     

水分胁迫条件下"洛旱2号"小麦根系的基因表达谱

为探讨小麦水分胁迫反应的分子调控机制，以抗旱小麦品种“洛旱2号”根系为材料，采用Affymetrix小麦基因芯片比较了20％PEG6000溶液处理后根系及对照的基因表达谱。结果表明，洛旱2号根系中受水分胁迫诱导而上调和下调表达的基因分别有3743个（4074个探针组）和4573个（5043个探针组），下调表达的基因远远多于上调表达的基因，其中上调2倍以上的1593个（1716个探针组），下调2倍以上的2238个（2451个探针组）。通过Affymetrix的NetAffx Analysis Center查询和NCBI的BLASTx分析，差异表达2倍以上的基因中有619个已注释了功能，利用MIPS数据库将注释基因分为10类，包括生物代谢、逆境胁迫反应、细胞组分生成、蛋白合成、细胞信号交流、细胞运输、转录相关、细胞分裂和蛋白质加工等。差异表达16倍以上的基因中有32个已注释了功能，其中与逆境胁迫反应相关的基因16个，与生物代谢相关的基因5个。利用实时定量RT-PCR对8个代表性候选基因在水分胁迫条件下的差异表达特性分析表明，其结果和芯片杂交分析的结果基本一致。     

两种植物内生真菌的醇提取物对水稻根部基因表达谱的分析

两种植物内生真菌Coprinus micaccus和Alteranaria sp.的醇提取物可促进水稻根系发达,增加水稻产量,为了明确4种提取物对水稻全基因表达谱的影响,采用Affymetrix水稻芯片对水稻根系基因表达谱进行了分析,得到表达量同时发生变化的基因244个,其中109个基因上调表达,135个下调表达。基因按功能分为3大类,其中生物过程类归类为18个功能类别,多数差异基因与能量代谢、物质运输、生物合成及植物防御反应、信号转导、转录调节、蛋白质修饰等过程有关。引起11条代谢途径发生变化,使其向着更有利于植物生长发育的方向进行。     

水分胁迫条件下“洛旱2号”小麦根系的基因表达谱

为探讨小麦水分胁迫反应的分子调控机制,以抗旱小麦品种“洛旱2号”根系为材料,采用Affymetrix小麦基因芯片比较了20% PEG6000溶液处理后根系及对照的基因表达谱。结果表明,洛旱2号根系中受水分胁迫诱导而上调和下调表达的基因分别有3 743个(4 074个探针组)和4 573个(5 043个探针组),下调表达的基因远远多于上调表达的基因,其中上调2倍以上的1 593个(1 716个探针组),下调2倍以上的2 238个(2 451个探针组)。通过Affymetrix 的NetAffx Analysis Center查询和NCBI的BLASTX分析,差异表达2倍以上的基因中有619个已注释了功能,利用MIPS数据库将注释基因分为10类,包括生物代谢、逆境胁迫反应、细胞组分生成、蛋白合成、细胞信号交流、细胞运输、转录相关、细胞分裂和蛋白质加工等。差异表达16倍以上的基因中有32个已注释了功能,其中与逆境胁迫反应相关的基因16个,与生物代谢相关的基因5个。利用实时定量RT-PCR对8个代表性候选基因在水分胁迫条件下的差异表达特性分析表明,其结果和芯片杂交分析的结果基本一致。     

水稻无侧根突变体RM109及其野生型对照的转录组分析

侧根是水稻根系的重要组成部分,具有重要的意义。本研究通过Illumina Hiseq2000测序平台,对无侧根突变体RM109与其野生型对照根系进行转录组测序,进而比较分析差异表达基因,初步揭示影响水稻侧根发育的相关基因。结果表明无侧根突变体与野生型对照根系相比出现了2 327个差异基因,其中上调表达的有1 131个,下调表达的有1 196个,有36个基因表达差异倍数高达100倍以上(|log2Ratio|≥6.7)。通过Gene ontology (GO)数据库、KEGG pathway数据库比对分析注释差异表达基因的功能和参与的分子调控途径。GO分析结果表明被注释的差异基因划分成50个功能类别,KEGG分析共有352个显著差异基因可以详细注释到149条分类代谢途径中,共有36个表达差异基因富集于植物激素信号转导途径,36个差异表达基因中有2个是与植物根系生长发育相关的Aux/IAA基因,6个植物生长素响应SAUR基因。本研究为进一步为水稻侧根发育分子机理研究提供基础,为水稻根系育种提供理论参考。     

PEG胁迫下玉米转录组差异性分析

为了明确玉米响应PEG胁迫的关键表达基因,比较PEG胁迫下玉米基因表达的差异,本实验利用RNA-seq对正常灌溉和干旱胁迫的玉米进行转录本测序和数据分析,共获得12358个差异表达基因,其中5275个基因为上调表达,7083个基因为下调表达。对差异表达基因进行COG功能分类,共得到23个不同的COG功能,其中翻译后修饰,蛋白质转换,伴随蛋白681个,占7.74%;信号传导机制功能有转录本675个,占7.67%;转录506个,占5.75%。KEGG通路显著富集到光合作用-天线蛋白、光合生物的固碳作用、卟啉和叶绿素代谢、脂肪酸降解、精氨酸和脯氨酸代谢、磷酸肌醇信号等生命代谢途径。     

氮素胁迫下强、弱化感水稻萜类代谢途径中关键酶基因差异表达的FQ-PCR分析

运用实时荧光定量PCR技术研究低氮条件下化感与非化感水稻异戊二烯代谢途径中关键酶基因的表达差异。结果表明,与正常氮条件下相比,低氮条件下化感和非化感水稻与萜类物质合成相关的12个关键酶基因表达发生了不同程度的变化,其中,化感水稻PI312777有6个基因表达下调,6个基因则上调;而非化感水稻Lemont有7个基因表达下调,5个基因表达上调。在供氮条件从高向低改变的过程中,两水稻中有11个基因的表达行为（上调或下调）相同,从分子水平上,证实了它们萜类代谢相关基因在响应供氮环境变化的行为生态上是相同或相似的。低氮引起两水稻催化生成与化感物质相关的单萜、倍半萜、二萜、三萜类物质的合成酶基因表达量均显著下降,从而认为营养胁迫引起水稻化感抑草作用增强与萜类物质代谢变化无关。还讨论了营养胁迫引起萜类物质代谢变化与内源激素合成和生长速率减缓的关系,认为水稻甲羟戊酸代谢途径支路中3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA合酶、3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA还原酶和甲羟戊酸激酶相关基因表达量不同程度的上调,维持了生长所必需的激素水平。     

低温胁迫对冰菜转录组水平响应分析

利用二代高通量测序技术对低温胁迫处理的冰菜进行测序,构建冰菜转录组数据库.分别得到24.13 Gb有效数据和24045条Unigene的注释,得到DEGs 1902个(T0 vs T1)和2134个(T0 vs T2).T0 vs T1组和T0 vs T2组分别有40和41个功能小类化归GO数据库;分别有20和24个功能分类注释到KOG数据库;155和272条基因注释到KEGG数据库,并分别富集在74和105条代谢通路.T0 vs T1组DEGs主要注释到植物信号转导等4个代谢通路;T0 vs T2组DEGs注释到苯丙醇类生物合成等11个代谢通路,其中正向影响代谢途径:丙酮醇类生物合成、嘌呤代谢、谷胱甘肽代谢、脂肪酸代谢、类黄酮代谢、氨基酸的生物合成代谢途径等;负向影响代谢途径:植物-病原互作、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等途径.通过对淀粉和蔗糖代谢途径关键基因分析表明:低温胁迫1 h (T1),海藻糖6-磷酸合酶、海藻糖-6-磷酸酯酶、β-淀粉酶、葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶、糖原磷酸化酶等5个关键基因表现为上调表达,未见下调表达基因;低温胁迫36 h (T2),海藻糖-6-磷酸合酶、己糖激酶、β-淀粉酶等3个关键基因上调表达,葡萄糖内酯-1,3-β-葡萄糖苷酶基因下调表达.选取淀粉和蔗糖代谢途径中8个DEGs,经RT-qPCR分析,8个DEGs的相对表达量与转录组表达水平相符.     

玉米响应渗透胁迫的数字基因表达谱分析

以玉米种质POB21为材料, 利用数字基因表达谱技术对15% PEG渗透胁迫处理后的玉米叶片cDNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明, 转录组基因序列与参考基因组高度一致, 基因表达呈现出高度不均一性和部分冗余性。从中筛选出1097个有效差异表达基因, 其中795个表达上调, 302个表达下调。GO功能显著性富集分析表明, 3种细胞组分和分子功能中的3种糖基转移酶活性表现为富集。KEGG代谢分析表明差异表达基因广泛涉及糖、蛋白、核酸和脂类等生物大分子代谢、次生代谢、激素代谢以及能量代谢过程。脯氨酸代谢相关基因的差异表达分析表明, 谷氨酸途径是胁迫诱导脯氨酸积累的主要方式。表达谱分析结果为玉米渗透胁迫响应分子机制的深入研究和功能基因的筛选奠定了基础。     

氮素缓解花生干旱胁迫的生理和转录调控机制

干旱胁迫下氮素施用对植物生长发育具有重要的影响。为明确氮素提高花生抗旱性的生理和转录调控机制,本研究对施氮、干旱及旱氮同存处理下的花生生理指标和根系转录组进行了测定。结果表明,旱氮同存处理提高了干旱胁迫下花生生物量和叶片相对含水量。施用氮肥增加了干旱胁迫下花生根系的总酚和类黄酮含量,提高其过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低其丙二醛(MDA)含量,提高花生抗旱性。转录组分析表明,施用氮肥产生5396个差异表达基因,这些基因主要参与谷胱甘肽代谢、氮代谢和碳代谢相关过程及应激和防御反应。干旱处理和旱氮同存处理下,次生代谢物生物合成、运输和分解代谢及碳水化合物运输和代谢这两类功能差异表达基因富集。旱氮同存处理下酚类代谢物质相关的3种途径中有51个差异基因上调表达, 207个基因下调表达。由此表明,施用氮肥通过调控花生次生产物代谢、碳水化合物代谢等途径提高干旱胁迫下花生植株的抗氧化能力,从而提高花生的抗旱性。     

甘蓝型油菜种子发育灌浆后期的转录组分析

油菜种子发育是产量和品质形成的关键发育阶段,包含了复杂的发育过程和调控网络,有效地解析种子发育的转录调控机制具有重要的意义。以甘蓝型春油菜品种青杂5号为研究材料,利用RNA-seq技术对种子发育的后期(30-DAF,40-DAF)2个发育时间进行转录组测序,筛选差异基因,并利用GO数据库和KEGG数据库注释差异基因功能和可能参与的调控途径。结果表明,从油菜种子灌浆后期的2个时间点的转录组中分别检测到70 850和65 193个表达基因,筛选得到2 654个差异表达基因,其中1 941个基因下调表达,713个基因上调表达,29个基因表达差异倍数|log2Ratio|≥10。GO基因功能分析显示,生物学途径中富集最显著的条目是染色质组装相关的等生物学过程,分子功能方面富集最显著的条目依次是蛋白质代谢、营养库活性等功能类别,而在细胞组件方面富集最显著的条目是染色体相关的等细胞组件。Pathway显著性富集分析显示注释基因最多的途径是次生代谢途径,其次是淀粉、蔗糖代谢途径、苯丙素生物合成途径中的、碳代谢途径和氨基酸生物合成途径。甘蓝型油菜种子发育后期的转录组分析表明,种子发育30-DAF时期次生代谢物、脂质代谢等表达活跃,40-DAF时期逐渐转变为蛋白质、氨基酸生物合成、光合碳代谢、碳代谢等表达活跃,提示油菜种子灌浆后期仍处于复杂的物质与能量代谢调控过程。     

OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响水稻产量的主要因素之一,开展水稻耐盐机制的研究十分必要。为了揭示OsWD40基因参与耐盐的分子机制,以日本晴和OsWD40过表达水稻株系为材料,用浓度为200mmol/L的NaCl分别处理0、12、24和48h,对其根系进行转录组测序分析。结果显示,比较日本晴和OsWD40过表达株系在盐胁迫相同时间（ST0与NT0、ST12与NT12、ST24与NT24、ST48与NT48）的基因表达量,分别检测到1950、1646、3499和1522个差异表达基因。其中,盐胁迫处理24h的差异表达基因多于0、12和48h处理。对4个比较组的差异表达基因分别进行GO功能富集分析和KEGG代谢通路分析,发现差异表达基因主要富集在盐胁迫响应、脱落酸响应和转录调控等GO条目中,富集的重要代谢通路主要是植物激素信号转导,植物MAPK信号传导途径和苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成相关的次生代谢途径等。同时,转录因子家族基因,如WRKY、MYB和bHLH等,在各比较组中呈现差异表达。由此推测,苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成等植物次生代谢途径在OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫中发挥着重要作用,而且OsWD40可能介导响应脱落酸的基因转录调控,激活下游盐胁迫相关基因的表达。     

花生干旱胁迫响应基因的数字表达谱分析

以抗旱性强的花生品种丰花5号为材料,利用Solexa高通量测序技术对15% PEG处理后的花生叶片cDNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明,转录组基因表达表现出高度的不均一性和冗余性,低于10个拷贝的标签占总标签种类的73.1%,但其表达量只占总标签表达量的9.0%。根据已知序列信息鉴定出935个差异表达基因,其中64.5%下调表达。基因功能分析表明,差异表达基因广泛涉及糖、蛋白、核酸和脂类等生物大分子代谢、能量代谢以及次生代谢过程。在花生干旱响应基因表达谱分析中,发现9个类黄酮代谢相关基因在干旱胁迫下显著上调表达,其中4个编码类黄酮合成酶类,3个编码甲基转移酶,2个编码MYB转录因子。通过半定量RT-PCR对花生苯丙氨酸解氨酶基因(AhPAL)表达分析表明,15%PEG干旱胁迫6 h诱导该基因显著表达。推测类黄酮代谢在花生干旱胁迫响应中起重要作用。     

转录组及代谢组联合解析玉米响应花粒期高温胁迫机制

为了探明我国玉米主要推广品种郑单958、先玉335花粒期高温胁迫下基因表达及代谢物差异,挖掘玉米响应高温胁迫的关键基因及代谢物,利用Illumina HiSeq~(TM) 2500高通量测序技术分别对郑单958、先玉335高温胁迫7,14 d的穗位叶及对照叶进行高通量转录组测序,利用广泛靶向代谢组测序技术对样品进行高通量代谢物测序。转录组测序共获得214.81 Gb干净序列。郑单958高温胁迫7 d后检测到49个差异表达基因,其中24个为上调基因。继续高温胁迫14 d共检测到306个差异表达基因,其中130个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中检测到1 462个差异表达基因,其中647个为上调基因。先玉335高温胁迫7 d后共检测到381个差异表达基因,164个上调基因。继续高温胁迫14 d后共检测到299个差异表达基因,226个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中共检测到2 481个差异表达基因,其中1 275个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫7 d后对比组中检测到6 646个差异表达基因,其中3 253个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫14 d对比组中检测到5 958个差异表达基因,其中3 110个上调基因。代谢物测序共检测到654个代谢物,郑单958高温胁迫7 d后共检测出28个差异代谢物,共注释到5个代谢通路中。高温胁迫14 d后共检测出54个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中9个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫7 d后检测出98个差异代谢物,共注释到24个代谢通路中,其中43个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫14 d后共检测出38个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中14个上调表达。郑单958高温胁迫7 d与先玉335高温胁迫7 d对比组共检测出144个差异代谢物,共注释到36个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。郑单958高温胁迫14 d与先玉335高温胁迫14 d对比组共检测出158个差异代谢物,共注释到40个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。     

基于转录组测序技术挖掘大豆蛋白质合成相关基因

通过转录组测序技术挖掘蛋白质合成相关基因,为解析蛋白质合成机制奠定基础。以遗传背景相近但蛋白含量差异较大的大豆高蛋白品系冀HJ117(蛋白质含量52. 99%)及其回交亲本冀豆12(蛋白质含量46. 48%)为研究材料,利用转录组测序技术和生物信息学分析,以期挖掘大豆籽粒蛋白质合成相关基因。通过对转录组数据中冀HJ117和冀豆12差异表达基因的分析筛选,共得到336个差异表达基因,其中冀HJ117较冀豆12有195个上调表达基因,141个下调表达基因。通过GO功能富集分析,发现在分子功能类型中注释的差异基因主要与催化和连接等功能相关; KEGG显著富集分析发现差异表达基因主要富集在蛋白质内质网合成途径中,该途径共筛选到34个差异表达基因,其中33个基因在冀HJ117中表达量较高。从该途径中筛选出9个候选基因,采用荧光定量PCR方法检测其表达量,表达趋势与RNA-Seq检测结果基本一致,证实了RNA-Seq数据的可靠性。RNA-Seq测序结果获得了与蛋白质合成相关基因的基本信息,蛋白质内质网合成途径可能是冀HJ117与冀豆12蛋白质含量产生差异的重要通路。     

调控植物生物碱生物合成的转录因子研究进展

生物碱是植物中广泛存在的一种次生代谢产物,在抵御生物胁迫及非生物胁迫中发挥着重要作用。转录因子是调控基因转录翻译,控制基因表达量的一种蛋白质。转录因子通过诱导或抑制生物碱合成相关基因的表达来控制植物中生物碱的含量。目前有关调控SGA、烟碱、TIAs和BIAs生物合成的转录因子已有报道。本研究综述了参与SGA、烟碱、TIAs和BIAs生物合成的转录因子家族类型,转录因子在生物碱生物合成中的调控机制以及生物碱合成涉及的信号传导途径,以期为调控农作物中生物碱含量提供理论依据,培育出抗逆性强、安全和优质的农作物品种。     

基于转录组测序分析的黄精种子休眠解除相关差异基因研究

旨在获得黄精转录组数据库并挖掘参与其种子发育和休眠解除相关基因,以休眠解除前后的黄精种胚为试材,利用新一代高通量测序手段对供试样品进行转录组测序,并进行系统的生物信息学分析。黄精种子休眠解除前后样品中共得到79716个差异表达基因,上调的表达基因有60074个,下调的表达基因有19642个。休眠解除前后的黄精种胚中共有130284个差异表达基因被GO功能注释到生物进程、分子功能和细胞组分3个大类56个亚类,注释的差异表达基因与代谢过程、生物调控、细胞组分合成和酶催化活性等密切相关。KEGG代谢通路结果表明,共有65038个差异表达基因,涉及138个代谢通路,主要参与碳代谢、次生代谢产物的生物合成和多糖的代谢。基于KEGG数据库中注释结果,共发现15条与黄精种胚休眠解除相关的代谢通路。黄精种子发育与休眠解除过程,大量的种胚形态建成、多糖分解及蛋白质合成差异基因参与表达,并涉及到多个代谢途径的相互作用,构成复杂的休眠解除调控网络。     

利用cDNA-AFLP技术分析小麦应答低磷胁迫的特异表达基因

以磷高效小麦品种石新828为材料,采用cDNA-AFLP技术,鉴定了短期(1~6 h)、中期(12~48 h)和长期(72~144 h)低磷胁迫根系特异上、下调表达基因的表达序列标签(EST)。共有非重复的上调ESTs 142个,下调ESTs 94个。胁迫下的前者分别含短、中和长期23、53和66个;后者分别含短、中和长期17、39和38个。对其功能比对发现,上调ESTs在功能上归属于信号转导、转录调控、代谢、逆境响应、发育、物质运输、脂类代谢和功能未知等类别,下调EST除上述类别外,还含有蛋白质合成和降解等类别。部分转录因子基因(如水稻OsPTF1和拟南芥ZAT10高度同源的转录因子基因)、促分裂原激酶基因MAPK1a、钙依赖蛋白激酶基因CPK1A和蛋白激酶基因(如serine/threonine kinase)、高亲和磷转运蛋白基因(PHT3和PT2)、过氧化物酶基因(如peroxidase 73)和谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione S-transferase),受到低磷胁迫的特异增强诱导,在改善小麦植株对低磷胁迫的适应能力中可能具有重要作用。研究表明,小麦对低磷胁迫的响应,在分子水平上存在着植株感受低磷胁迫信号和信号转导、进一步在生理生化方面对胁迫信号产生应答等复杂的过程。     

水稻苗期低温应答转录组分析

温度对水稻生长发育及产量建成很重要,为了进一步明确低温应答对水稻苗期生长发育的调节机制,以粳稻品种中花-11为试验材料,在17℃低温处理的条件下,利用新一代高通量测序手段-转录组测序(RNA-Seq)开展水稻苗期低温应答转录组分析。通过转录组分析,分别获得干净的高通量序列为46 384 074条和52 483 052条,鉴定并筛选出2 044个差异表达基因,其中,1 252个基因表达上调,792个基因表达下调; GO注释分析将全部的差异基因分为分子功能、生物学过程和细胞组分三大类,各自占比为63. 29%,8. 81%,27. 90%。利用KEGG数据库具体分析低温调节的2个通路光合作用通路和苯丙氨酸代谢通路中差异表达基因的数量及位置,并进一步预测了新基因的功能及与光合作用和苯丙氨酸代谢相关基因的互作蛋白基因。结果表明,低温胁迫对水稻的影响主要体现在生物学过程中,在光合作用、次生代谢的生物合成和苯丙氨酸代谢均有明显作用。另外,差异表达的WRKY转录因子为耐冷机制进一步研究提供方向与依据。     

基于转录组数据解析大花君子兰花瓣花青素代谢差异

大花君子兰是世界上重要的观赏植物,其花瓣颜色在花蕾不同发育时期具有显著差异。本研究通过对花蕾3个不同发育时期花瓣进行高通量转录组测序,进而探讨君子兰花瓣发育过程中与其花色相关的基因表达情况。结果表明,共获得167 078条转录本,平均长度为673 bp,有67 512条Unigenes在各数据中被注释。GO功能富集中有24 162条基因被注释,分为分子功能、细胞组分和生物过程3大类和50个亚类。KEGG代谢通路注释中,12 930条被成功注释,主要富集与花青素合成相关的通路,包括苯丙素生物合成途径、类黄酮生物合成途径、异黄酮生物合成途径、花青素生物合成途径和苯丙氨酸代谢生物合成途径。君子兰花蕾在3个发育时期时花青素合成途径中一些关键酶(如CHS, CHI, DFR)和调控基因(MYB和bHLH)的表达量出现了显著差异。