水稻幼穗响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐盐新基因以及揭示其可能的机制并应用于新种质创制和新品种选育,是提高水稻耐盐性的重要途径之一。本研究以实验室自主选育的耐盐性不同的水稻品系58M和58L为材料,用0.6% NaCl处理0、6、24 h后收集水稻的幼穗,并进行转录组测序研究。结果发现,以0 h的幼穗为对照,58M品系在盐胁迫6 h后检测到表达上调基因1483个,下调基因1085个;盐胁迫24 h后上调基因937个,下调基因459个。58L品系在盐胁迫6 h后有931个基因上调,2614个下调基因;盐胁迫24 h后有930个基因上调,1299个下调基因。通过韦恩图分析发现,盐胁迫6 h后有178个基因在58M品系中上调,在58L中下调;盐胁迫24 h后有30个基因在58M品系中上调,在58L中下调。将这208个目标基因进行GO功能富集分析与KEGG pathway分析,GO分析发现,这些差异基因在生物学过程、细胞组分和分子功能3个主类中,分别占40.43%、31.56%和28.01%;KEGG Pathway分析结果表明,这些差异基因显著富集的通路包括二萜类生物合成、氨基酸糖与核苷酸糖代谢、苯丙烷生物合成、生物素代谢、代谢通路、次生代谢产物的生物合成、α-亚麻酸代谢、脂肪酸生物合成和不饱和脂肪酸的生物合成等。另外,通过对目标基因的挖掘共发现5个重要的转录因子。本研究通过水稻幼穗转录组分析,为研究幼穗耐盐分子机制提供参考。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

萌发期低盐对4份玉米自交系的影响

利用不同浓度Na Cl、Na2SO4的低盐,对郑58、DK516♀、DK516♂和昌7-2四份玉米自交系萌发期进行胁迫处理,研究低盐胁迫对4份自交系的影响。结果表明:胚芽长度、胚芽鲜重、胚芽干重、发芽指数和活力指数均随盐浓度的加大呈现先增加后降低的趋势,部分盐浓度间存在显著性差异;萌发期耐盐性综合表现为DK516♀、昌7-2较优,DK516♂次之,郑58表现较差。昌7-2和DK516♂根系相对发达,初步推断DK516♂和昌7-2抗倒伏能力相对较好,但有待大田试验进一步验证。     

睡莲叶片胎生发育转录组分析

睡莲叶片胎生现象是繁育途径的重要补充,对种群的传播、扩散和生态环境的适应性有重要作用。通过转录组测序技术筛选和分析睡莲叶片胎生现象相关的代谢路径和调控基因,为深入认识睡莲叶片胎生发育的分子机制提供参考。以叶片具有胎生现象的‘小花睡莲’（X）和叶片无胎生现象的‘蓝星睡莲’（L）为材料,利用RNA-Seq技术对叶片4个发育阶段的叶脐部分进行生物信息学分析。分析对照（L）和样品（X）叶片不同发育阶段测序结果：筛选出的差异表达基因（DEGs）中,34 909个基因（48.65%）表达上调,36 850个基因（51.35%）表达下调。DEGs分析显示,随着叶片的发育,X和L上调基因和下调基因数均呈增加趋势。对L1-vs-X1、L4-vs-X4阶段的GO和KEGG功能富集分析表明,DEGs主要富集在质膜和膜相关成分、胞外区域、细胞壁等相关的细胞组分中,涉及到代谢过程、生物合成和应急响应等;Pathway代谢通路表明,DEGs主要参与到植物激素信号转导、苯丙烷类生物合成、氨基酸类代谢、类黄酮生物合成、甘油磷脂类代谢以及细胞周期相关等过程。对DEGs进一步分析,克隆出了4个可能参与睡莲叶片胎生发育的转录因子。     

大麦根系响应湿害胁迫的转录组分析

湿害是影响大麦产量和品质的主要非生物胁迫之一。为进一步明确大麦响应湿害胁迫的应答机理,本研究以耐湿大麦品种泰兴9425为材料,利用高通量转录组测序(RNA-seq)技术,比较不同湿害胁迫时间下的基因表达差异。结果表明,湿害胁迫12 h后获得1 436个差异表达基因,而胁迫48 h后获得2 090个差异表达基因,其中共同上调表达基因286个。GO富集分析发现,涉及代谢过程、细胞膜、催化活性等的差异表达基因占比最多。KEGG富集分析发现,差异表达基因主要富集于糖酵解、类黄酮生物合成、乙烯合成等代谢通路。对7个耐湿相关的候选基因进行qRT-PCR分析,发现差异表达基因的表达量变化趋势与RNA-seq结果一致。     

玉米耐盐碱生理特性的杂种优势及遗传分析

利用7个自交系进行4×3不完全双列杂交,获得12个杂交组合,在盐碱土和黑土条件下进行盆栽试验,调查苗期植株形态(株高、叶面积)与生理特性(SOD、POD活性),并进行杂种优势及遗传分析。结果表明,4个指标可以用于鉴定玉米的耐盐碱性,盐碱胁迫下玉米幼苗株高和叶面积降低,SOD、POD活性升高。不同自交系耐盐碱能力差异显著,根据4个指标及减少比例进行动态聚类,筛选出郑58是耐盐碱能力较强的自交系,Mo17对盐碱最敏感,5个中耐品种中昌7-2、444和B73偏敏感。杂交种间耐盐碱能力差异显著,郑单958、郑58×178、郑58×Mo17和黄C×178是耐盐碱性较高的杂交组合,444×Mo17是敏感组合。杂交种的耐盐碱性能与性状的杂种优势无关,与亲本的耐盐碱程度有关。4个指标的广义遗传力较高,非加性遗传的作用较突出。因此,筛选耐盐碱的自交系时既要考虑有关性状,又要考虑其性状对比非逆境条件下的变化率。     

基于RNA-Seq技术的o2胚乳差异表达分析

Opaque2(O2)转录因子在玉米胚乳的发育进程中起重要作用。o2突变体中赖氨酸含量增加,玉米品质提高,但在很多农艺性状上表现较差。以授粉后18 d的玉米胚乳为材料,使用RNA测序(RNA-Seq)技术筛选到3 051个差异表达基因(DEGs)。通过GO和KEGG富集分析发现,DEGs覆盖了物质跨膜运输、次生代谢物的生物合成、植物激素信号转导、脂质代谢、氮代谢等多方面的功能。由此推测,O2是玉米胚乳发育过程中多种代谢途径的关键性调节因子。     

盐胁迫条件下花生转录因子表达分析

花生是重要的油料与经济作物,花生耐盐机制的研究对于盐碱地的开发有潜在重要意义。本研究以花生耐盐品种A025为研究对象,利用转录组测序技术分析了盐胁迫条件下,花生转录因子的表达情况,共计发现33个转录因子家族,包括102个上调表达与38个下调表达转录因子,大量差异表达转录因子集中在MYB,NAC与WRKY三个家族。本研究结果可为筛选新的耐盐花生种质提供理论依据。     

我国玉米育种与生产中189份自交系氮利用效率评价

以子粒产量的氮敏感指数和耐低氮系数为评价指标并结合株高和吐丝期等二级性状,对我国玉米育种与生产上重要的189份玉米自交系进行氮利用效率评价。分析结果表明,低氮与正常供氮条件下,子粒产量均存在极显著的基因型与环境差异,基因型差异是氮利用效率差异的重要原因之一。将正常供氮条件与低氮胁迫下的产量进行分析并结合株高和吐丝期等二级性状,鉴定出郑58、郑28、中106、7595-2和昌7-2等20份玉米自交系较耐低氮且二级性状更符合当前玉米育种需要。     

转异苞滨藜BADH基因玉米高世代株系苗期外源基因表达及耐盐性功能分析

以转来自耐盐植物异苞滨藜的甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)玉米T8代株系BZ-136及受体对照自交系郑58(耐盐)为试材,采用盆栽种植方法,分析转基因植株中外源基因的表达情况,检测耐盐相关生理指标。结果表明,转基因株系BZ-136中的BADH酶活性及甜菜碱含量显著高于受体对照,随着盐胁迫时间的延长,其表达量先增加后减少,在胁迫7 d时分别达到了最大值。转基因株系幼苗株高和干重从盐胁迫第3天开始显著高于对照,鲜重和含水量在胁迫第5天和第7天时转基因株系显著高于对照;转基因株系根总体积显著高于对照,直径和根尖数在胁迫第5天时显著高于对照;转基因株系电导率和丙二醛含量均低于对照,分别在胁迫第3天和第7天开始达显著差异,叶绿素含量高于受体对照,从第3天开始二者差异达显著水平。由于外源BADH基因的表达显著提高了基因株系的耐盐性。     

采后黄瓜响应低温胁迫的转录组学分析

采后黄瓜对低温敏感,在低温贮藏期间很容易发生冷害,会造成较大的采后损失。本研究采用转录组测序结合生物信息学分析的方法,分析了采后黄瓜在短时冷害温度处理后的转录组变化。结果显示,采后黄瓜在5℃贮藏期间,冷害指数和相对电导率逐渐增加,叶绿素荧光逐渐降低,表明采后黄瓜在5℃贮藏期间产生了明显的冷害。与处理前相比（0 h）,处理12 h导致1500个基因差异表达,其中706个基因表达上调,794个基因表达下调。与0 h相比,处理72 h导致7799个基因差异表达,其中3995个基因表达上调,3804个基因表达下调。KEGG富集结果显示,低温处理导致的差异表达基因显著富集在植物激素信号转导、苯丙氨酸代谢、植物与病原菌互作和苯丙烷素合成途径中。GO富集分析的结果显示,在生物过程分类下,差异表达基因主要参与以DNA为模板的转录调控、蛋白磷酸化和跨膜转运等过程;在细胞组份分类下,差异表达基因主要富集在细胞膜组份和细胞核;在分子功能分类下,差异表达基因主要与ATP结合、蛋白苏氨酸/丝氨酸激酶活性、DNA结合和转录因子活性等功能有关。在低温处理12 h时,与激素信号有关的基因显著表达。但在低温处理72 h...     

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。     

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。     

调控萼脊兰类黄酮生物合成的MYB转录因子挖掘分析

本研究通过生物信息学方法,挖掘萼脊兰中可能调控类黄酮生物合成的MYB转录因子。从萼脊兰转录组数据库中筛选MYB转录因子,获得MYB的完整ORF,并对其蛋白理化性质、基序、功能注释、系统进化、表达特性等进行分析,并预测其功能。结果表明：在萼脊兰转录组水平上共鉴定出27个具有完整阅读框的MYB转录因子基因,萼脊兰MYB转录因子TRINITY_DN38485_c0_g4和TRINITY_DN38485_c0_g1基因均在花朵和叶片中表达上调,再根据与蝴蝶兰的系统进化关系与功能分析,预测这2个转录因子可能通过黄酮途径完成类黄酮生物合成。因此,MYB转录因子的研究对从分子水平上研究和调节类黄酮的合成具有重要意义,转录因子的应用是类黄酮生物合成基因工程中的新途径。     

基于加权关联网络分析的辣椒（Capsicum annuum L.）果实颜色转变相关基因的鉴定

辣椒属于茄科（Solanaceae）辣椒属（Capsicum L.）一年生或多年生植物,其播种面积和产值在中国均居蔬菜首位。果色是辣椒众多经济性状中最直观的性状之一,直接影响人们的购买选择。辣椒果色受多种因素调控,相关色素生物合成的分子调控还需进一步解析。本研究以果实发育过程中呈现5种颜色的辣椒种质HNCA0076为实验材料,进行了生理检测、转录组测序以及WGCNA分析。在果实5个不同颜色时期,叶绿素含量变化较大,类胡萝卜素含量整体呈现递增趋势,类黄酮含量无明显变化,花色苷含量在紫色果期后逐渐降低,橙色果期后又逐渐升高。RNA测序数据质量满足进一步分析要求。4个转色期的上调（下调）表达基因数分别为826（276）、390（588）、1248（1800）和1528（2485）,随着果实的逐步发育,相邻比较组合中的差异基因的数量逐渐增加。差异表达基因经GO富集分析,主要集中在分子功能中的四吡咯结合、血红素结合、转移酶活性、氧化还原酶活性、铁离子结合和水解酶活性等过程;KEGG富集分析主要富集在类胡萝卜素生物合成、类黄酮生物合成和淀粉、蔗糖代谢等信号通路,其中类胡萝卜素代谢途径的3个基因在紫色时期向黄色时期的转变过程中表达上调,类黄酮代谢途径的11个基因在黄色时期向红色时期的转变过程中表达下调。4个对比组合差异基因分别注释到8877、8736、8689、8573个转录因子,共同注释到8049个转录因子,包括AP2、F-box、MYB和UDPGT等类型。利用非冗余的差异表达基因进行了加权关联网络分析,关联到4个与叶绿素、类胡萝卜素、花色苷、类黄酮含量相关的模块,进一步分析表明p450（LOC107859314）、Pkinase（LOC107839192、LOC107875415）、F-box（LOC107863894）和zf-MYND（LOC107852593）等29个转录因子可能参与辣椒果实转色的调控。本研究为进一步探索辣椒果实色素形成过程中的关键调控因子以及分析相关色素生物合成的调控提供了重要数据。