利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因(DEGs),通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照(WB665)和样品(NL409)高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264(43.55%)个基因表达上调,2 935(56.45%)个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶片发育密切相关。核糖体路径富集到多个PRS(PRESSED FLOWER)基因,分析发现PRS13(PFL2)可能在调控窄叶发育过程中发挥重要作用。鞘脂代谢路径富集的基因几乎全部下调表达,引起抑制叶片发育的AP1(APETALA1)类和MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)类基因上调,以及促进叶片发育的LFY(LEAFY)下调,与窄叶发育受抑制的表型一致。植物激素信号转导路径富集到的油菜素内酯(BR)响应基因和赤霉素(GA)代谢基因下调,细胞分裂素(CTK)和大部分生长素(Auxin)响应基因上调,与窄叶中DELLA蛋白基因上调表达,抑制GA并促进CTK基因表达的作用模式一致。通过qRT-PCR对18个叶片发育相关基因进行分析,结果表明,其表达趋势与转录组结果一致,分析发现BR相关的ROT3、Auxin相关的NAL7-like、AGO7-like以及TCP类转录因子CYC/TB1等基因与窄叶的形成密切相关。【结论】明确了一些与玉米叶片发育密切相关的代谢路径,还发现植物激素间的动态平衡对叶片发育有着重要影响,尤其是生长素与油菜素内酯、细胞分裂素与赤霉素之间的相互作用对调控叶片形态可能发挥重要作用。     

转录组学分析意大利蜜蜂脑部哺育行为相关基因

【目的】意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica）哺育行为在维护蜂群稳定和生产蜂王浆方面发挥重要作用。本研究通过人工组建蜂群获得相同日龄的哺育蜂和采集蜂,筛选出排除日龄因素干扰后哺育蜂脑部与哺育行为密切相关的差异表达基因,揭示哺育蜂脑部调控哺育行为的分子网络。【方法】通过人工组建蜂群的方法获得3日龄工蜂、10日龄哺育蜂和采集蜂、21日龄哺育蜂和采集蜂,解剖各组工蜂头部获得脑组织样本,应用RNA-seq技术对5组脑部样本（3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、10日龄采集蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂）中基因表达量进行转录组测序的全面分析,筛选出哺育蜂脑部哺育行为密切相关的差异表达基因,并对这些差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。同时利用实时荧光定量PCR（qPCR）对随机选取的4个差异表达基因的表达模式进行验证。【结果】RNA-seq分析筛选得到32个与哺育蜂哺育行为密切相关的差异表达基因,这些基因在10日龄哺育蜂脑中表达量均显著高于3日龄工蜂、10日龄采集蜂、21日龄采集蜂,且在21日龄哺育蜂脑中的表达量也显著高于21日龄采集蜂。GO富集分析发现上调差异表达基因主要参与氧化还原酶活性、气味结合、跨膜运输等功能。KEGG富集结果显示,上调的差异表达基因主要参与蛋白质代谢（核糖体）、能量代谢（氧化磷酸化、碳代谢、三羧酸循环、淀粉和蔗糖代谢、氮代谢、其他聚糖降解通路）、信号转导（Toll和Imd信号通路、光传导、鞘脂代谢）、消化作用（溶酶体）,其中显著性富集在鞘脂代谢和其他聚糖降解通路。qPCR结果显示3个上调差异表达基因（LOC409709、LOC551813、LOC409708）和1个下调差异表达基因（LOC551165）表达模式的检测结果与测序数据一致。【结论】通过对3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、10日龄采集蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂5组样本脑部进行全面分析,获得相同日龄哺育蜂和采集蜂脑部基因的转录组图谱,分析得到了脑部哺育行为相关的32个上调差异表达基因。哺育蜂脑部的差异表达基因主要通过信号转导和能量代谢等途径调控哺育蜂的哺育行为。     

利用RNA-Seq鉴定甘蓝型油菜叶片干旱胁迫应答基因

【目的】利用RNA Sequencing（RNA-Seq）技术比较2种不同生长条件下甘蓝型油菜苗期叶片转录组,鉴定油菜叶片干旱胁迫应答相关基因,从转录组水平揭示油菜适应干旱胁迫环境的分子机制。【方法】提取正常生长（ZY）和自然失水处理（ZY8D）的六叶期甘蓝型油菜中油821的叶片总RNA,以Illumina Hiseq 2000平台进行RNA-Seq分析。利用NGSQCTookit v2.3.3去除低质量和包含模糊碱基的reads。以甘蓝型油菜亲本物种白菜染色体v1.5和甘蓝Scaffold v1.0为参考序列,采用TopHat2-Cufflinks-Cuffmerge-Cuffdiff标准流程进行差异表达基因（differential expressed genes,DEGs）筛选。对上调和下调DEGs分别采用Cytoscape v3.1.0中的BiNGO和KOBAS2.0进行基因本体（gene ontology,GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）代谢途径富集分析。选择上调和下调DEGs各3个,以实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）验证RNA-Seq结果的可靠性。【结果】过滤低质量reads后,ZY和ZY8D分别保留了26 192 312和28 378 899对高质量reads用于DEGs筛选,其中86.6%和85.8%的reads能准确比对到参考序列上,说明RNA-Seq结果和参考序列可靠。DEGs鉴定结果表明3 657个基因受干旱胁迫诱导差异表达,其中上调表达基因1 431个,下调表达基因2 226个。GO富集分析发现上调表达基因主要与非生物胁迫响应和化学刺激响应相关,其中,参与水分胁迫响应和脱落酸（abscisic acid,ABA）刺激响应的基因分别有127和141个,而下调表达基因与植物病原菌防御、蛋白激酶活性和水杨酸（salicylic acid,SA）刺激相关。KEGG富集分析表明上调表达基因主要富集于苯丙烷和类胡萝卜素的生物合成及淀粉与蔗糖代谢途径,而下调表达基因主要富集于植物-病原菌互作和植物激素ABA、SA和茉莉酸（jasmonic acid,JA）信号转导途径。qRT-PCR检测6个DEGs的表达模式与RNA-Seq分析结果一致,证实了RNA-Seq结果的可靠性。【结论】RNA-Seq分析鉴定出3 657个甘蓝型油菜叶片干旱胁迫应答基因。GO和KEGG代谢途径分析明确了差异表达基因富集的分子功能与代谢途径。     

小豆矮秆窄叶突变体转录组分析和激素应答反应

【目的】株型是影响作物产量的重要性状,对小豆矮秆窄叶突变体nld进行转录组学分析,以期探究小豆矮秆窄叶的转录水平调控机制。【方法】构建小豆栽培种野生型GM437和矮秆窄叶突变体nld的根、茎、叶转录组文库,利用RNA-Seq进行转录组学分析,对得到的差异表达基因进行GO注释和KEGG富集分析;同时,利用外施激素的方法确定突变体应答激素种类。【结果】转录组分析发现,差异表达基因主要集中于植物激素信号转导通路和苯丙烷生物合成通路。外施赤霉素可部分恢复矮秆窄叶突变体的生长。关键基因4-香豆酸辅酶A连接酶、肉桂酰辅酶A还原酶、肉桂醇脱氢酶、黑酸叶绿醇转移酶、4-羟苯基丙酮酸双氧酶等在小豆植株发育过程中起到重要作用。【结论】植物激素信号转导通路和苯丙烷生物合成通路为小豆矮秆窄叶建成主要调控通路,赤霉素在突变体植物激素信号转导通路中起主要作用。     

基于WGCNA鉴定茶树响应草甘膦相关的基因共表达模块

【目的】分析茶树响应草甘膦相关的基因表达规律和调控途径,在转录水平上探究草甘膦对茶树的作用,确定茶树响应草甘膦的关键基因。【方法】以茶树品种‘金观音’为试验材料,将推荐使用浓度的草甘膦施于茶树土壤基质表面,经0、0.25、1、3和7 d后,取叶片进行转录组测序,并测定莽草酸含量。利用WGCNA方法联合分析转录组和莽草酸含量数据,鉴定与草甘膦响应相关的共表达基因模块,筛选关键调控基因。【结果】茶树叶片中的莽草酸含量在草甘膦处理后0.25、1和3 d降低,而在7 d时大量积累（为未处理的6.99倍）。从表达谱数据中筛选得到12 568个差异表达基因（DEGs）,草甘膦处理不同时间点与未处理数据比对的DEGs均显著富集在苯丙烷、类黄酮生物合成及植物激素信号转导途径;此外,草甘膦处理分别诱导茶树莽草酸代谢及其下游苯丙烷、类黄酮生物合成和激素信号转导途径相关的24、52、31和69个基因差异表达。通过加权基因共表达网络（WGCNA）方法鉴定得到19个基因模块,将转录组与莽草酸含量数据相关联,筛选到两个与草甘膦响应高度相关的关键基因模块,分别包含2 024和2 305个基因。选取关键模块中连通度最高的前50个基因进行共表达分析,获得6个关键调控基因,包括2个抗性基因（SHMT和RPM）、1个耐药性基因（PDR）、1个离子转运基因（At）、1个膜转运基因（GPT）和1个转录因子（ERF）。【结论】草甘膦通过干扰茶树叶片中莽草酸代谢,影响其下游代谢途径苯丙烷、类黄酮生物合成及激素信号转导途径的基因转录。此外,研究还鉴定到2个草甘膦响应密切相关的共表达模块,发现SHMT、RPM、At、PDR、ERF和GPT等多个潜在候选基因和转录因子在茶树抵御草甘膦逆境中发挥重要作用。     

SO2引起巨峰葡萄采后落粒的共表达网络和转录调控分析

【目的】 二氧化硫（SO₂）处理可有效防治葡萄灰霉病和采后腐烂,但会导致浆果脱落,研究SO₂引起葡萄浆果脱落的分子机制,明确关键基因和转录调控机制。【方法】 使用SO₂处理‘巨峰’葡萄,分别在2、4和6 d进行采样并统计对照组（CK）和SO₂处理组的葡萄浆果脱落率。通过高通量测序技术对CK对照组和SO₂处理组‘巨峰’葡萄采后2、4和6 d的样品测序,以葡萄基因组作为参考基因组进行序列比对,利用TPM算法计算基因表达量,使用基因集富集分析（GSEA）、基因共表达网络（GCN）以及转录调控网络预测方法对转录组数据进行系统的分析,并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术对其表达量进行验证。【结果】 SO₂处理能够显著诱导葡萄浆果脱落,2 d时,SO₂处理的葡萄浆果脱落率为9.88%,4 d时达到19.24%,且均显著高于对照组,6 d时脱落率达到38.25%,而对照组脱落率仅11.85%。通过GSEA分析,发现在CK组富集的GO生物过程主要与氧化应激反应、细胞壁代谢以及苯丙氨酸代谢通路相关,其中4 d时CK组富集到植物细胞壁组织、果胶代谢、细胞壁修饰、聚半乳糖醛酸等通路。在SO₂组富集的GO生物过程主要与能量代谢通路相关,其中2 d时在SO₂组富集到光合作用、四吡咯代谢、前体代谢物和能量的产生、葡萄糖代谢等通路。CK组富集的KEGG代谢通路主要有戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换、半乳糖代谢、植物激素信号转导、柠檬酸循环（TCA循环）等,SO₂组有光合作用、柠檬酸循环（TCA循环）、糖酵解等。GCN将GSEA分析中的领头基因分为12个水平,水平4—9均富集到了能量代谢、糖代谢相关通路,其中水平4富集到激素反应、氧化应激反应。对GCN关键水平中的基因启动子序列进行转录调控预测分析,结果显示95个转录因子（TFs）与269个靶基因存在987对调控关系。WRKY14、WOX8、KUA1在SO₂处理下持续下调,MYB60、MYB73、ANL2、ERF2、DOF3.6、GATA25、WRKY57、KAN2、ATHB6在SO₂处理后持续上调。此外,MYB15、WRKY11、WRKY33、WRKY40、WRK75先上调后下调。ERF2、MYB60和WRKY40的转录调控网络发现调控的靶基因涉及细胞壁代谢、糖代谢等相关途径。qRT-PCR结果显示PME36和ERF2上调表达趋势相似,GAUT7、MYB60、UGE3上调表达趋势相似,此外,WRKY40在SO₂处理的2和4 d被诱导上调,PPME1、COMT1表达持续下调,SO₂处理4 d时LAC15被显著诱导上调。【结论】 SO₂诱导营养物质代谢、能量代谢、细胞壁代谢途径相关基因的表达,该过程受到多种转录因子调控,最终导致葡萄浆果脱落。     

1-MCP处理采后红阳猕猴桃果实生理效应的研究

【目的】为探究1-甲基环丙烯（1-MCP）处理结合冷藏（1～4℃）贮藏采后‘红阳’猕猴桃果实条件下保鲜的分子调控机制。【方法】以‘红阳’猕猴桃果实为材料，采用1-MCP配合冷藏进行红阳猕猴桃保鲜，研究贮藏过程中果实生理效应的变化。【结果】1-MCP处理结合冷藏保藏可以减缓猕猴桃果实软化速度，抑制TSS、可滴定酸、VC及花色苷的降解，减缓MDA的积累，维持了SOD的活力，降低果实中乙烯释放量。利用RNA-Seq技术进行转录组学比较分析，共筛选获得2 380个差异表达基因，其中上调表达基因有1 503个，下调表达基因877个。GO富集分析表明，差异表达基因显著富集在细胞组分、分子功能和生物过程中的肽生物合成与代谢、酰胺生物合成、蛋白质运输、防御反应等功能类别。KEGG富集分析显示，上调基因主要富集于植物激素信号转导通路、半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路以及苯丙氨酸代谢、谷胱甘肽代谢等抗氧化等相关通路，推测蛋氨酸代谢表达的增加是减少乙烯合成的主要原因之一。下调基因主要富集在丙酮酸代谢通路、叶绿素代谢、烟酸和烟酰胺代谢以及蛋白酶体代谢通路等影响呼吸作用强度的通路。【结论】1-MCP结合冷藏处理‘红阳’...     

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

【目的】随着叶龄的增长,葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加,但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道,本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因,阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材,观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态,并采用高通量测序技术进行转录组分析,筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小,积累量少,随着叶龄增长,在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内,淀粉粒体积明显增大,积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据,KEGG富集分析表明,与NL相比,在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现,细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase,PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose,ADPG）的过程,且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase,SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）、α-淀粉酶（α-amylase,AMY）、β-淀粉酶（β-amylase,BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程,同样随叶龄增大上调表达,其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大,叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。     

小麦叶片非顺序和顺序衰老数字基因表达谱分析

【目的】从转录水平揭示小麦叶片顺序和非顺序衰老的形成机制及其在小麦生产中的应用价值。【方法】以顺序衰老小麦（NR9405）和非顺序衰老小麦（温麦19）为材料，应用数字基因表达谱技术对两种衰老类型小麦旗叶在扬花后25 d、30 d和32 d 的基因表达量进行检测，筛选花后25 d和30 d，30 d和32 d旗叶的差异表达基因，并对差异表达基因进行GO富集分析。【结果】顺序衰老小麦NR9405花后25 d与30 d相比，差异表达基因共计6 659个，其中上调表达基因3 404个，下调表达基因3 255个；花后30 d与32 d相比，差异表达基因共计4 058个，其中上调表达基因3 017个，下调表达基因1 041个。非顺序衰老小麦温麦19花后25 d与 30 d相比，差异表达基因共计13 609个，其中上调表达基因7 454个，下调表达基因6 155个；花后30 d与32 d相比，差异表达基因共计6 321个，其中上调表达基因2 669个，下调表达基因3 652个。上调基因显著富集的主要GO条目有：环境胁迫响应、脂肪酸α-氧化、细胞死亡、DNA 分解代谢、自噬、水解酶、转移酶、转运、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶等。下调基因显著富集的GO条目有：光合作用、光的捕获、光合电子传递链、叶绿素生物合成过程、叶绿体机体等。在小麦叶片非顺序衰老过程中，自噬、海藻糖生物合成过程、海藻糖磷酸酶、蔗糖合成酶等相关基因极显著上调表达，有利于保持叶片水分，促进叶片碳氮的转运，提高小麦产量。【结论】小麦叶片的非顺序衰老与自噬、水解酶和丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶基因的极显著上调表达密切相关。     

玉米pTAC2影响苗期叶片叶绿素合成的转录组分析

【目的】叶绿素是参与光合途径最为重要的光合色素。叶绿体的发育及叶绿素的合成在很大程度上依赖于质体基因组与核基因组之间的双向信号传导来精确协调基因表达。通过对白化表型的CRISPR/Cas9-ZmpTAC2转基因阳性纯合突变材料进行RNA-seq研究,筛选和鉴定参与叶绿素合成的相关基因,为明确叶绿素的合成途径奠定基础。【方法】以CRISPR/Cas9-ZmpTAC2玉米转基因编辑纯合突变株系为研究材料,使用透射电镜观察叶绿体超微结构和分光光度法测定叶片叶绿素含量,确定叶绿体发育状态及叶绿素合成情况。对转基因阴性材料（CK）和CRISPR/Cas9-ZmpTAC2转基因纯合编辑材料（zmptac2）苗期叶片取样进行转录组测序。通过生物信息学分析,寻找CK与zmptac2间差异表达的基因;qRT-PCR对差异表达基因进行验证。通过酵母双杂交筛选与玉米pTAC2互作的蛋白质。【结果】共获得15株T₀转基因植株,包括绿色植株（7株）和白色植株（8株）。绿色幼苗中3株为转基因阴性材料,4株为转基因阳性（2株为未编辑,2株为杂合编辑突变）,白色植株(8株)均为转基因阳性纯合编辑。与CK相比,突变体（zmptac2）叶绿体发异常,叶绿素含量显著降低。RNA-seq的结果显示,CK与zmptac2之间共检测到1 367个基因差异表达,其中618个基因上调表达（zmptac2/CK）,749个基因下调表达（zmptac2/CK）。GO富集分析显示,下调基因显著富集到叶绿体和质体中。KEGG分析表明下调表达基因显著富集在苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢和异喹啉生物碱生物合成等途径。选取的15个差异基因表达模式均与测序数据相一致,表明测序结果是可靠的。与CK相比,zmptac2中依赖PEP（plastid-encoded RNA polymerase）转录的基因表达量显著降低,而依赖NEP（nuclear gene-encoded RNA polymerase）转录的基因表达量则显著上升。通过对玉米cDNA文库筛选和互作验证,鉴定出ZmpTAC3与ZmpTAC2存在互作。【结论】ZmpTAC2突变会导致叶绿体早期生物合成受阻,该基因参与叶绿体发育及叶绿素合成,且该种作用是由ZmpTAC2调控PEP相关基因表达而实现的。     

意大利蜜蜂响应东方蜜蜂微孢子虫胁迫的免疫应答

【目的】通过对意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica,简称意蜂）工蜂中肠响应东方蜜蜂微孢子虫（Nosema ceranae）胁迫的差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）及免疫通路进行深入细致的分析,揭示宿主的细胞和体液免疫应答,为关键免疫应答基因的筛选及功能研究打下基础。【方法】基于前期获得的正常及东方蜜蜂微孢子虫胁迫的意蜂7日龄和10日龄工蜂中肠（Am7CK、Am7T、Am10CK、Am10T）转录组数据,按照FDR≤1,P≤0.05和|log₂ fold change|≥1的标准筛选出各组的DEG,利用相关生物信息学软件对DEG进行Pearson相关性分析、Venn分析、GO分类和KEGG代谢通路富集分析,进而对免疫通路富集基因进行统计和分析,利用实时荧光定量PCR（real-time quantitative PCR,RT-qPCR）验证转录组数据的可靠性。【结果】 差异分析结果显示,Am7CK vs Am7T比较组包含472个上调基因和385个下调基因;Am10CK vs Am10T比较组包含611个上调基因和360个下调基因。Venn分析结果显示,两个比较组特有的DEG分别为739和853个,共有的DEG为118个。GO分类结果显示,Am7CK vs Am7T比较组中上调和下调基因分别涉及23和29个功能条目,其中富集上调基因数最多的前5位分别为结合、催化活性、代谢进程、细胞进程和单组织进程;富集下调基因数最多的前5位分别为代谢进程、单组织进程、催化活性、细胞进程和结合。Am10CK vs Am10T比较组中上调和下调基因分别涉及36和26个功能条目,其中富集上调基因数最多的前5位分别为单组织进程、结合、细胞进程、催化活性和代谢活性;富集下调基因数最多的前5位分别为结合、细胞进程、催化活性、代谢进程和单组织进程。KEGG代谢通路富集分析结果显示,Am7CK vs Am7T比较组中上调和下调基因分别富集在38和33条代谢通路,富集上调基因数最多的前5条分别为胆汁分泌、内质网蛋白加工、泛素介导的蛋白水解、PI3K-Akt信号通路和神经营养因子信号通路;富集下调基因数最多的前5条分别为胞质DNA传感通路、嘌呤代谢、嘧啶代谢、RNA聚合酶和核糖体;涉及泛素介导的蛋白水解等3条细胞免疫通路,以及PI3K-Akt信号通路等7条体液免疫通路。Am10CK vs Am10T比较组中上调和下调基因分别富集在54和43条代谢通路,富集上调基因数最多的前5条分别为Hippo信号通路、药物代谢-细胞色素P450、P450对外源物质的代谢、泛素介导的蛋白水解和鞘脂类代谢;富集下调基因数最多的前5条分别为mRNA监测、鞘脂类信号通路、果糖和甘露糖代谢、半乳糖代谢和鞘脂类代谢;涉及泛素介导的蛋白水解等7条细胞免疫通路,以及NF-κB信号通路等2条体液免疫通路。RT-qPCR验证结果显示6个随机挑选的DEG的表达量变化趋势与测序结果一致,证实了本研究中测序数据的可靠性。进一步分析发现意蜂7日龄和10日龄工蜂中肠的NF-κB信号通路均被东方蜜蜂微孢子虫激活,随即启动了3种抗菌肽apidaecin、defensin-1和hymenoptaecin的合成,体现了它们在宿主抵御东方蜜蜂微孢子虫入侵中的重要性。【结论】在转录组水平解析了意蜂工蜂中肠对东方蜜蜂微孢子虫的免疫应答,揭示宿主在胁迫前期同时作出细胞和体液免疫应答,前者可能在抵御病原入侵方面发挥主要作用;宿主的细胞免疫在胁迫后期持续增强,但体液免疫较大程度地减弱;泛素介导的蛋白水解通路及富集DEG,NF-κB信号通路及富集DEG,以及抗菌肽编码基因apidaecin、defensin-1和hymenoptaecin可能在意蜂工蜂对东方蜜蜂微孢子虫的免疫应答中起到关键作用。     

苹果叶片不定芽再生过程的差异表达基因鉴定与分析

【目的】筛选分析‘GL-3’苹果叶片不定芽再生过程中的差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）,进一步解析苹果叶片不定芽再生的潜在分子机制,为提高苹果的遗传转化效率提供理论参考。【方法】‘GL-3’苹果继代组培苗叶片外植体接种在再生培养基上,分别于0、3、7、14和21 d后取样并提取RNA,构建mRNA文库后采用Illumina Nova seq平台进行测序。筛选出各时间点的DEGs,根据GO（Gene ontology）和KEGG（Kyoto encyclopedia of genes and genomes）注释结果以及官方分类,使用R软件中的phyper函数对筛选到的DEGs进行GO和KEGG富集分析;利用BLAST软件进行基因比对注释;重点分析植物再生相关的激素、酶、转录因子、多胺等DEGs;采用qRT-PCR对DEGs进行定量验证。【结果】再生培养基上培养3、7、14和21 d的苹果叶片外植体与对照组相比,分别筛选到5 250、4 937、6 852、6 493个DEGs,4个时间点共有的DEGs有3 027个。DEGs的GO功能富集显示,4个时间点筛选到的共有DEGs中上调表达的DEGs主要与氧化还原过程、细胞外围、蛋白激酶活性和有机环化合物结合等功能有关;下调表达的DEGs主要与单细胞代谢过程、钙离子结合、光合膜和类囊体部分等功能有关。DEGs的KEGG通路富集分析显示,4个时间点筛选到的共有DEGs中上调表达的DEGs主要富集在磷酸戊糖途径、植物激素信号转导、植物-病原菌相互作用和内质网蛋白质加工等途径中;下调表达的DEGs主要富集在α-亚麻酸代谢、苯丙烷生物合成、碳代谢和光合作用等途径中。对与植物离体叶片再生相关的激素、酶、转录因子和多胺等相关DEGs的表达模式进行分析发现,这些DEGs大部分呈上调表达趋势。经qRT-PCR验证后,所检测基因的表达趋势与转录组测序结果一致。【结论】通过对苹果叶片不定芽再生过程中不同时间点的基因表达谱进行检测和对比分析,获得了大量与苹果叶片不定芽再生相关的基因,研究结果为深入探讨苹果离体叶片再生机理提供了理论依据。     

拟轮枝镰孢与玉米籽粒互作的差异基因筛选及代谢通路分析

【目的】拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)引起的玉米穗腐病是我国玉米产区发生严重的病害之一，论文旨在了解病原菌与玉米籽粒互作过程中的基因表达差异，为揭示病原菌的致病机制和玉米抗病机制提供依据。【方法】对拟轮枝镰孢侵染玉米籽粒0、4、12和72 h的样品进行转录组测序，之后采用生物信息学分析，分别以玉米和拟轮枝镰孢基因组为参考，以|log₂FC|≥1,P-adjust<0.05为阈值筛选互作过程中玉米和拟轮枝镰孢的差异表达基因，利用GO和KEGG对其进行功能注释及富集分析。Goatools软件分析植物-病原互作、MAPK途径和植物激素信号转导通路相关差异基因的表达变化，采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对测序差异基因进行验证。【结果】在互作4、12和72 h后拟轮枝镰孢分别有140、400和1 945个基因上调表达，有9、302和1 784个基因下调表达；玉米分别有293、692和1 426个基因上调表达，320、482和153个基因下调表达。GO和KEGG富集分析显示，侵染早期拟轮枝镰孢在细胞间隙生长，差异基因主要富集在...     

红橘响应褐斑病菌侵染的转录组学分析

【目的】 明确红橘（Citrus reticulata Blanco, cv. Hongjv）接种褐斑病致病菌——链格孢菌橘致病型（Alternaria alternata tangerine pathotype）后基因种类和表达量在转录水平的变化规律,确定红橘响应该致病型侵染的关键基因。【方法】 采用链格孢菌橘致病型接种红橘离体叶片,28 h后选取感病叶片和未接种叶片提取RNA,进行转录组高通量测序,然后利用生物信息学分析,以甜橙基因组为参考,以|log₂ fold change|≥1,q-value≤0.01为阈值选取感病和健康红橘叶片转录组的差异表达基因,应用GO数据库对差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）进行功能分类,KEGG分析代谢途径,MapMan软件分析生物胁迫信号通路相关基因的表达变化。采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。【结果】 红橘接种链格孢菌橘致病型28 h后产生大量与胁迫相关的差异表达基因,获得上调差异基因5 173个,下调差异基因6 555个。GO功能分类显示差异基因主要与蛋白结合、膜、氧化还原过程等相关。通过KEGG富集和MapMan软件分析发现,红橘在受链格孢菌橘致病型胁迫的过程中基础代谢被严重破坏。乙烯、水杨酸和生长素等寄主防御相关的植物激素信号转导途径多个基因表达出现差异,其中乙烯起主导作用,乙烯受体ETR 3个成员被不同程度激活,下游激酶和乙烯响应因子均上调,生长素大部分关键信号基因、绝大部分生长素响应因子ARF和水杨酸合成途径的基因均下调表达。同时,黄酮醇、花青素、萜类化合物和生物碱合成相关基因受该菌诱导显著变化,萜类合成中大部分基因下调,而黄酮类合成相关上调基因数量和表达趋势均强于表达下调基因,有抗虫和抑菌作用的硫代葡萄糖苷基因呈上调趋势。进一步研究发现,大量参与抗逆过程的转录因子如WRKY、bZIP、ERF、MYB、NAC被诱导激活,其中大部分WRKY和bZIP转录因子受该菌正向调控,超过50%的ERF家族基因表达上调;在转录因子调控下,PTI及ETI响应基因如受体激酶、R蛋白、NBS抗病蛋白等大量表达,多个PR家族抗菌蛋白基因上调表达,22个抗氧化保护酶系统POD成员基因受到活性氧信号激发大量表达。以上结果表明链格孢菌橘致病型侵染对寄主内部生理状态产生显著影响。选取了19个与植物抗病相关基因进行qRT-PCR分析,其基因表达趋势与测序数据一致。【结论】 获得了红橘响应链格孢菌橘致病型侵染的差异表达基因及显著上调表达基因,其主要富集于代谢过程、应激反应及转录调控等条目中,这些基因的相互协同调控是红橘对该致病型产生防御反应的重要机制。     

福清山羊与努比亚黑山羊发情期卵巢组织RNA-Seq分析

【目的】 研究福清山羊与努比亚黑山羊发情期卵巢组织转录组差异表达水平,一方面为山羊繁殖性状形成的分子机制提供理论依据,另一方面为利用努比亚黑山羊杂交改良福清山羊提供可加快遗传进展的分子标记。【方法】 利用转录组测序方法对福清山羊和努比亚黑山羊发情期卵巢组织进行研究,筛选品种间的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）,并对DEGs功能进行注释和若干基因荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）验证;同时通过与参考基因组比对,分析和筛选测序样品中存在的SNP/InDel。【结果】 6个样品共得到46.68Gb Clean Data,DESeq分析发现了福清山羊和努比亚黑山羊发情期卵巢组织的DEGs149个（包含25个新转录本）,其中表达上调53个,表达下调96个;初步认为输卵管素基因（oviductin,OVN）、类固醇合成快速调节蛋白基因(steroidogenic acute regulatory protein,STAR)、早期生长应答1基因(early growth response 1,EGR1)可作为福清山羊繁殖性能的候选基因。149个DEGs中的108个基因能被GO（gene ontology）数据库注释,30个DEGs能够被COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）数据库注释,91个DEGs能够被KEGG（kyoto encyclopediaof genes and genomes）数据库注释。KEGG通路分析表明DEGs共富集到21条信号通路中,6条通路显著富集。经过进一步的与参考基因组序列比对分析,共发掘1 506个新转录本。经qRT-PCR验证,所选基因（转录本）表达变化模式与转录组测序结果一致,表明测序结果可靠。【结论】 在转录组水平上筛选出了福清山羊和努比亚黑山羊发情期卵巢组织的149个DEGs,发掘了1 506个新转录本,初步揭示了OVN、STAR和EGR1在山羊繁殖过程中可能发挥重要作用,为进一步探索山羊繁殖性状相关机理提供参考依据。