干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

利用转录组测序对不同贮藏温度处理玉米种子的苗期差异表达基因分析

利用常温与低温贮藏3个月的玉米杂交种种子进行标准发芽试验,取发芽7 d玉米幼苗进行转录组测序分析,通过GO、KOG、KEGG数据库分析处理差异表达基因的功能和参与的调控路径。以常温贮藏处理为参考,对转录组测序数据进行比较,低温贮藏处理共获得35个差异表达基因,其中上调基因28个、下调基因7个。在GO功能注释分析中,有26个差异基因被注释,可为分为18个功能分类。KOG功能注释分析发现,这些差异表达基因共获得19个功能注释,涉及到8个功能类别。KEGG通路分析发现,共有23个差异表达基因注释到13个代谢通路中,其中,谷胱甘肽代谢、抗坏血酸和肌醇代谢、甘油磷脂代谢等通路显著富集。低温贮藏处理玉米种子活力指数显著高于常温贮藏处理。通过两个处理转录组分析,RNA-seq数据揭示,谷胱甘肽、抗坏血酸和肌醇、甘油磷脂等中涉及的基因优先表达于低温贮藏处理中,表明LTS可以促进谷胱甘肽代谢,从而提高植物抗氧化性,同时可以提高玉米抗逆性。     

小麦品种西农979抗赤霉病基因的转录组测序鉴定

小麦品种西农979对赤霉病具有较好的抗性。为了发掘西农979的抗赤霉病基因,本研究采用禾谷镰刀菌菌株BN-8分别接种抗病品种西农979与感病品种周麦18,取接种前西农979颖壳及接种后12、24和96 h的西农979与周麦18颖壳进行转录组分析,筛选抗感赤霉病差异表达基因,并对其进行GO功能注释及KEGG富集分析。结果表明,接种后12、24和96 h各出现14、1 978和142个差异表达基因,共计2 122个基因。这些基因经GO功能注释分类分成3大类43个亚类,主要涉及代谢过程、细胞过程、应激反应、生物调控、细胞部件、细胞、催化活性、结合、转运活性等。KEGG通路分析结果显示,内质网中的蛋白质加工通路中差异基因最多,有48个;其次是光合作用—天线蛋白通路及淀粉和蔗糖代谢通路,各含41和30个差异基因;显著富集的通路有光合作用—天线蛋白、内质网中的蛋白质加工、萜骨架的生物合成等。植物激素信号转导通路中发现27个差异基因,参与脱落酸和茉莉酸等路径;植物-病原体互作通路中发现19个差异基因,编码钙结合蛋白、WRKY转录因子、抗病蛋白等。此外,还筛选到UDP-葡萄糖基转移酶基因等脱毒相关蛋白基因。     

热胁迫下水仙花叶片的转录组分析

为研究水仙响应高温胁迫过程中相关基因的表达及响应热应激的分子机制,本研究以漳州水仙花为材料,使用BGISEQ-500测序技术,对高温（30、35 ℃）处理及正常生长条件（15 ℃）的水仙叶片进行转录组学的测序分析。使用Trinity软件对15（对照）、30、35 ℃（高温胁迫）处理24 h的水仙叶片测序数据进行从头组装,利用BLAST软件进行基因比对注释,通过DEGseq和PossionDis检测差异表达基因,并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。结果表明：本次水仙花叶片测序共获得112 160条总长度为128 733 815 bp、平均长度为1147 bp的Unigene,其N50以及GC含量分别为1770 bp和42.33%。Nr比对注释匹配度最高的物种为石刁柏,利用KOG数据库进行比对,5560条Unigene序列分布于25个功能区域。差异表达基因GO富集显示与光合系统及膜系统相关的GO term被显著富集,KEGG分析显示次生代谢物的生物合成、苯丙烷类生物合成、代谢途径、光合作用、糖胺聚糖降解、乙醛酸和二羧酸代谢、光合作用-天线蛋白、单萜类生物合成等8条代谢途径在3个比较组中均显著性富集,硫胺素代谢途径是唯一在高温胁迫条件下均显著富集的代谢途径。本研究注释了大量相关基因序列,通过本研究为改善水仙花植物的耐热性及耐热性品种的培育提供了丰富的数据资源和分子基础。     

播种方式和灌水量对春小麦干物质和产量的影响

为筛选与新疆春小麦匀播技术配套的适宜灌水量,以春小麦品种新春34号为材料,进行二因素盆栽试验,设置匀播(U)和条播(D)2种播种方式,以及W75(拔节水)、W150(拔节水+扬花水)、W225(拔节水+扬花水+灌浆水)和W300(起身水+拔节水+扬花水+灌浆水)4个不同灌溉水平(每次灌水量75mm),研究了播种方式和灌水量对春小麦干物质和产量的影响。结果表明,与常规条播相比,匀播促进了小麦出苗20d后的分蘖,增加了有效分蘖,其中W75、W150、W225和W300条件下,匀播小麦的穗数分别提高25.62%、41.79%、43.39%、46.10%,分蘖成穗率分别提高20.15%、30.15%、30.68%、33.63%;匀播提高了小麦旗叶、倒二叶的SPAD值,延缓了叶片衰老,增强了群体生育后期的光合作用,且匀播方式下增大灌水量更有利于延长小麦叶片的功能期;匀播促进了小麦营养器官干物质的积累及其在花后向籽粒中的转运,有利于产量形成;在W75、W150、W225、W300条件下,匀播小麦产量较条播分别提高2.76%、4.41%、3.77%和3.42%,两种播种方式下W225处理产量均最大。因此,匀播方式下W225灌水模式最有利于春小麦生长发育和高产。     

营养生长期持续高温处理对玉米叶片转录组及生化指标的影响

以玉米杂交种郑单958和登海605为材料,通过转录组测序分析玉米营养生长期叶片受热胁迫后基因差异表达、基因功能富集和KEGG通路富集,使用微量法和HPLC法分析叶片中相关生化指标的变化。结果表明,高温胁迫会降低光合作用关键酶二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和三羧酸循环限速酶柠檬酸合酶(CS)的活力,升高丙二醛(MDA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)的含量,降低水杨酸(SA)的含量。与常温对照比,玉米营养生长期叶片受热胁迫后,两个品种4个比较组合累计检测到16 996个差异表达的基因,共同差异表达的基因有1 160个。光合作用、细胞代谢、叶绿体膜和质体膜等相关基因的表达会响应热胁迫。     

迟播对冬小麦灌浆后期高温胁迫下旗叶光合能力和产量的影响

为了解迟播对冬小麦灌浆后期高温胁迫下旗叶光合的调控效应,在大田条件下设置2个播期(常规播期10月8日、推迟播期10月22日)和2种灌浆期温度(开放式增温、自然温度),分析了迟播小麦旗叶光合能力的变化及其对灌浆后期高温胁迫的响应。结果表明,灌浆期高温降低了小麦旗叶光合速率、花后干物质生产量、粒重和产量。与常规播期相比,迟播提高了高温胁迫下小麦旗叶叶绿体类囊体膜不饱和脂肪酸指数,保持类囊体膜相对稳定,减轻高温对旗叶光合机构的损伤;增强了旗叶活性氧清除能力,保障能量传输,减少热耗散,提高光化学反应中可利用能量的分配比例,保持较高的光合系统同化力;提高了气孔导度和胞间CO_2浓度,增加光合作用底物供应。总之,迟播小麦的旗叶可在灌浆期高温胁迫下保持较高的光合能力,有利于提高粒重和产量。     

转录组测序筛选野生大豆糖代谢途径干旱相关基因及其表达差异分析

野生大豆较栽培大豆有更广的遗传多样性，在组学水平整体分析其基因表达模式对筛选抗旱关键基因、 解析干旱胁迫响应调控网络和促进分子育种具有重要意义。本研究采用高通量测序技术对PEG6000模拟干旱胁 迫处理第0 h、6 h、12 h、24 h和48 h的30d苗龄野生大豆RNA进行转录组测序，获得了1796条糖代谢途径相关序 列。淀粉和蔗糖代谢途径通路注释的差异基因最多，半乳糖代谢途径次之；在获得的109个差异表达基因中，干旱 胁迫处理第12 h差异表达基因最多；对以上109个差异表达基因构建蛋白质相互作用网络，以节点度>10为标准筛 选中心节点，共获得8个关键基因。为进一步研究野生大豆干旱胁迫下的糖代谢相关基因奠定了基础。     

小麦近等基因系幼穗二棱期转录组分析

抽穗期是与小麦适应性直接相关的一个很重要的性状,直接或间接影响小麦的产量和抗性。为明确控制抽穗期的关键表达基因,以抽穗期分别为196d和184d的小麦近等基因系Y57和96-2为材料,对其二棱期幼穗分别构建转录组测序文库,利用Illumina HiSeq 2500平台进行RNA-seq测序;将获得的clean read与中国春参考序列比对,得到unique read,采用FPKM法计算基因表达量,对差异表达基因进行功能注释、GO和COG功能分类以及KEGG通路分析。结果表明,供试材料经过测序获得质量不低于30的碱基比例(Q30)均高于85.5%;Y57和96-2分别有60 246 194和60 963 580条clean read,其中63.11%和69.51%能与参考基因组序列匹配。共筛选到395个差异表达基因,有382个基因得到功能注释;有298个基因获得GO功能注释,主要涉及细胞组分、结合、细胞反应和代谢过程;COG注释的基因主要涉及一般功能、信号转导机制和转录;KEGG功能注释分析发现,显著富集在光合作用-天线蛋白通路上的基因均上调表达。编码丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2A的基因在Y57中几乎不表达,而在96-2中表达量较高。进一步分析发现,多个与生长发育、抽穗开花相关的转录因子在两个材料中的表达差异显著。此结果可为深入研究抽穗期相关基因和穗发育调控机制奠定基础。     

水稻幼穗响应稻曲病菌毒素胁迫早期的转录组分析

【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病不仅造成水稻减产,而且还会产生对动物和植物有毒的真菌毒素。探明水稻幼穗对稻曲病菌毒素胁迫响应的分子机制,可为发掘水稻抗稻曲病基因以及抗病分子育种开辟新的思路。【方法】用稻曲病菌毒素处理水稻幼穗,采用转录组测序技术对水稻幼穗进行转录组测序,以水稻9311基因组作为参考基因组进行对比,利用TPM法计算基因表达量,设定参数（差异倍数的绝对值不小于2,且q值不大于0.05）筛选差异表达基因。结合基因差异表达分析、富集功能分析,鉴定水稻响应胁迫的关键基因,并利用实时荧光定量PCR技术对差异表达基因进行验证。【结果】在稻曲病菌毒素胁迫12 h后,水稻幼穗出现2526个差异表达基因（DEG）;通过GO富集、KEGG代谢途经和KOG功能分析,将差异基因划分为GO功能下的64个条目、32个代谢途径和KOG功能下23个类别,包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等生物学过程。DEG中有66个植物转录因子,分属7种植物转录因子家族,包括WRKY和Myb两大转录因子。分析二萜类生物合成与淀粉和蔗糖代谢途径相关基因发现,OsCPS2、OsKSL4和细胞色素P450等基因表达量上调,而淀粉酶、β-呋喃果糖苷酶和UDP-焦磷酸化酶等基因表达量下调,推测这些基因在水稻响应稻曲病菌毒素胁迫时发挥重要的作用。【结论】稻曲病菌毒素作为非生物胁迫因素对水稻幼穗具有毒性;通过干扰淀粉和蔗糖代谢等途径而影响种子营养物质的合成,降低水稻抵抗病原菌侵染水稻的能力。     

滴灌春小麦的籽粒灌浆特性

为了解滴灌春小麦的籽粒灌浆特性,以新春6号和新春19号为试验材料,应用Logistic方程对畦灌、滴灌以及底墒水+滴灌三种灌溉模式下春小麦籽粒灌浆过程进行了模拟分析。结果表明,底墒水+滴灌、滴灌相对畦灌能够延长春小麦籽粒灌浆持续时间,推迟最大灌浆速率到达时间,尤以底墒水+滴灌作用最明显。灌溉模式对籽粒灌浆各时段参数的影响在品种间也存在一定差异。     

茶树叶片响应茶饼病侵染的转录组分析

采用高通量测序技术对被茶饼病病菌侵染的茶树叶片进行转录组测序,筛选得到差异基因359个,其中248个上调表达,111个下调表达。差异基因中有216个获得GO（Gene ontology）数据库功能注释,主要涉及到生物合成过程、催化活性、细胞过程等诸多生理生化过程;KEGG（Kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库富集分析发现,共有106个基因被注释到47个代谢通路中,其中,单萜生物合成、卟啉和叶绿素代谢、核糖体、氮代谢、双萜生物合成、植物病原互作等通路显著富集。有32个差异基因被鉴定为转录因子,分布在16个转录因子家族中。利用实时荧光定量PCR（Real time quantitative PCR,qRT-PCR）验证了随机挑选的差异基因在感病叶片和未感病叶片中的相对表达量,与转录组测序结果的变化趋势一致。结果表明,茶树响应病原菌侵染是一个复杂的过程,大量基因被诱导或抑制表达,与抗病相关的转录因子被大量激活且上调表达。本研究为深入挖掘茶树抗病基因及进一步研究抗病分子机制提供了理论依据。     

化学杀雄剂CH1诱导的小麦雄性不育花药转录组学及相关基因表达的分析

为了揭示化学杀雄剂CH1诱导雄性不育的作用机理,以小麦品种普冰151为试验材料,利用测序技术对化杀不育系(FHS)和正常可育系(FZC,对照)的花药RNA进行转录组学分析,筛选差异表达基因,并进行GO、KEGG富集分析及实时荧光定量PCR分析。结果表明,FHS和FZC之间筛选出差异表达基因共3 895个,其中上调表达基因1 334个,下调表达基因2 561个,主要富集在碳水化合物代谢、多糖代谢、外部结构组织、细胞壁组织等;经KEGG分析,差异基因主要集中在戊糖和葡萄糖醛酸转化、淀粉和蔗糖代谢利用等通路中。利用实时定量PCR技术对转录组数据中所筛选出的5个表达差异较大的基因进行验证,在花药发育的单核期,处理与对照相比,这5个基因表现出不同的上下调趋势;而在二核期和三核期,这5个基因都表现出明显的下调趋势,推测这5个基因的下调表达有可能与化杀不育系花粉的败育有关。     

五指毛桃转录组及黄酮类化合物生物合成关键基因分析

五指毛桃含有香豆素类、黄酮类等化学成分,具有抗炎、抑菌、抗病毒和肿瘤的药用价值。但是,其转录组和功能基因组等分子水平的研究较少报道。本研究首次采用RNA-seq高通量测序技术对五指毛桃的根、茎和叶进行转录组测序,共获得104 335条unigenes,平均长度为578 bp,有62 142条unigenes被注释到Nr、GO、Swiss-Prot、KEGG和KOG等数据库中,根据同源序列比对发现五指毛桃与川桑的同源性最高。通过比较五指毛桃不同组织部位的转录组测序结果,发现Leaf_vs_Root、Root_vs_Stem、Stem_vs_Leaf分别有1363、624和1006个差异表达的基因在KEGG途径显著富集,主要富集在植物信号转导、植物MAPK信号通路、黄酮类生物合成等代谢途径。进一步分析参与植物黄酮类生物合成途径中的差异表达基因,发现有16个差异表达的基因参与该代谢途径,主要在叶和茎中高表达,运用RT-qPCR对黄酮类化合物生物合成途径中9个关键基因的表达量进行验证,发现定量结果与RNA-seq数据一致,大部分基因都在五指毛桃茎和叶片中高表达,因此五指毛桃幼苗黄酮类化合物主要积累在叶片和茎中,这与民间主要以根茎作为药用部位存在差异,主要原因可能是与五指毛桃生长年龄有关。以上的研究结果为五指毛桃分子生物学的研究奠定基础,并为其活性成分的生物合成调控、栽培技术等提供参考依据。