激素代谢对海岛棉“新海17号”响应黄萎病的影响

本研究以耐黄萎病的海岛棉品种"新海17号"为材料,分析了接种黄萎病菌8 h和24 h与接菌前叶、根器官中与激素信号路径相关的差异表达基因数量变化。结果发现与接菌前相比,在接菌8 h的叶器官中注释到激素信号路径中的差异表达基因最少(只有25个),根器官中则有546个;在接菌24 h的叶器官中和根器官中分别有629和729个差异表达基因注释到激素代谢路径。同时叶器官中与激素信号路径相关的下调基因略高于上调基因;而在根器官中,与激素信号路径相关的下调基因则显著高于上调基因。这些与激素信号路径相关基因的表达变化将为植物对病原菌侵染响应的研究提供生理生化和分子基础。     

基于转录组测序筛选黄牛低氧适应性相关差异基因

为探明藏黄牛对低氧适应的相关差异表达基因并分析差异表达基因功能和代谢通路,以藏黄牛和三江黄牛心脏组织为研究对象,提取总RNA,建立测序文库后利用Illumina HiSeqTM 4000进行测序,经生物信息学分析筛选出差异表达转录本,并对差异表达基因进行GO富集和KEGG通路分析,最后采用荧光定量PCR(RT-qPCR)验证测序数据的准确性。结果表明:藏黄牛相比于三江黄牛得到显著差异表达基因608个,其中上调基因467个,下调基因141个,推测表达量较高的B2M、COX7C、NFATC1、ECE1、CAST基因是与低氧适应性相关的基因;差异转录本GO功能富集分析可知,在分子功能、细胞组分、生物过程分别富集到327,253,2 191个条目,其中富集程度最高的条目分别是细胞发育过程、结合与转录因子活性、细胞前缘。KEGG分析结果表明,差异转录本显著富集在8条通路,筛选低氧适应性候选基因NFATC1是MP-PKG信号通路与T细胞受体信号通路成员,推测其通过cGMP-PKG通路与T细胞受体信号通路参与低氧适应性调控。采用高通量测序技术对藏黄牛和三江黄牛心脏组织进行转录组测序分析,获得大量差异表达基因,为研究动物低氧适应性机制奠定基础。     

基于RNA-Seq的海岛棉“新海17号”黄萎病菌处理的表达谱分析

本研究以耐黄萎病的海岛棉品种"新海17号"为材料,采用RNA-Seq分析了接种黄萎病菌0、8 h、24 h后叶器官和根器官。结果发现与接菌前相比,在接菌8 h和24 h的叶器官中分别有779个和9 240个差异表达基因,根器官中有11 051个和14 465个差异表达基因,2个器官在接菌前,8 h和24 h时差异表达基因分别为10 019、17 497和16 549个。通过对差异表达基因的分布分析,发现接菌前后叶器官中共278个共同表达的基因,根器官中有2 598个共同表达的基因。通过进一步的GO功能注释,主要注释到37项功能,其中生物过程主要有18项;细胞组分主要有9项,分子功能主要10项功能。KEGG代谢路径分析鉴定到了129条通路,其中信号传导途径、植物与病原菌之间的互作、黄酮类等生物碱合成、ABC转运体、抗坏血酸和藻酸盐代谢、次生代谢产物合成等相关路径,这些通路都与棉花的抗黄萎病菌相关。本研究为进一步从耐黄萎病的海岛棉中发掘并利用抗病基因提供了分子基础。     

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。     

2种黑籽南瓜响应枯萎病菌侵染的转录组学研究

为了筛选白皮黑籽南瓜和绿皮花纹黑籽南瓜抗枯萎病的差异表达基因，挖掘参与抗性相关的代谢通路。以尖孢镰刀菌侵染2 d后和未侵染的2种幼苗叶片作为材料，利用Illumina Hiseq 2500测序技术进行转录组测序分析。以未侵染的幼苗作为对照，白皮和绿皮花纹黑籽南瓜差异表达基因分别有2082和1116个。其中141个基因在2种黑籽南瓜中均呈现出差异表达，62个基因具有相同表达趋势。对差异表达基因进行GO功能注释，结果显示2种黑籽南瓜差异表达基因主要富集在生物学过程中。KEGG代谢通路分析发现白皮有22个差异表达基因显著富集在植物激素信号通路，绿皮花纹有30个差异表达基因富集在苯丙烷生物合成通路。本研究挖掘出黑籽南瓜抗枯萎病差异表达基因，预测了抗性通路，为瓜类抗病机制的深入研究奠定了理论基础。     

基于iTRAQ技术的甘蔗受黑穗病菌侵染蛋白组分析

黑穗病已成为影响甘蔗产量和含糖量的重要病害。为从蛋白质水平探讨甘蔗应答黑穗病菌的分子机制,本实验选用抗黑穗病品种桂糖29号和感黑穗病品种崖城71-374,处理组用浸渍法接种黑穗病菌,对照组用无菌水模拟接菌,在接种180 d后采取甘蔗叶片,使用iTRAQ技术对蛋白质组进行研究。结果显示,桂糖29号中有定量信息蛋白1429个,差异表达蛋白290个,其中上调表达蛋白153个,下调表达蛋白137个;崖城71-374中有定量信息蛋白1576个,差异表达蛋白125个,其中上调表达蛋白55个,下调表达蛋白70个。抗病品种桂糖29号中差异表达蛋白数多于感病品种崖城71-374,且桂糖29号在KEGG富集到的代谢通路也更多,可能被侵染后抗病品种的免疫调节机制更为复杂,涉及的调控通路网更广。经对光合作用、抗氧化系统、钙信号、苯丙烷类代谢、激素相关差异表达蛋白及共有差异表达蛋白分析,发现光合作用通路、ROS、ABA、钙信号通路相关蛋白在2个品种中多为上调表达,且桂糖29号的上调表达蛋白数多于崖城71-374,可能参与甘蔗后期对黑穗病的应答。植物抗病是一个复杂的过程,需要多种功能与途径参与调控。在本实验中没有发现苯丙烷类代谢途径及一些酶(谷胱甘肽过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽硫转移酶、过氧化氢酶)、激素(生长素、乙烯、赤霉素)参与甘蔗的抗病过程,可能与采样时间有关。     

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。     

威氏绿绒蒿花色形成过程的转录组分析

为明确威氏绿绒蒿花色变化的机制,本研究以威氏绿绒蒿(Meconopsis wilsonii)为实验对象,选择花蕾期、开裂期及全展期3个阶段的花瓣进行转录组测序,根据各发育期基因差异表达的特点,筛选出与花色变化相关基因。采用荧光定量RT-qPCR对差异表达基因进行验证,结果显示,花瓣转录组测序共生成153 596个unigene,平均长度为1 372 bp。通过KEGG、GO数据库的注释,有134条基因注释到与花色相关的合成通路—类黄酮代谢通路中。针对unigene完成相关序列预测工作,产生的CDS总量为80 240个。花蕾期、开裂期及全展期间两两比较显示,开裂期相对于花蕾期有15 064个基因上调,49 153个基因下调、全展期相对花蕾期有19 732个基因上调,42 890个基因下调、全展期相对开裂期有19 215个基因上调,9 510个基因下调。通过对差异表达基因的代谢通路进行分析,发现在威氏绿绒蒿蓝紫色花色形成过程中不存在飞燕草素合成途径。除此之外还筛选了花青苷合成途径中与花色相关的7个基因,经RT-qPCR实验也表明这些基因在整个过程中的表达模式与RNA-Seq数据呈现出一致性...     

氧化石墨烯促进玉米根系生长的转录组分析

为了研究氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的生物效应,从转录水平解析低浓度GO促进植物生长的分子机制,本研究以玉米为材料,分析了土壤中施加不同浓度(0, 25, 50, 100, 200 mg/L) GO溶液14 d后的生长表型,筛选到GO对玉米生长的最佳的浓度(50 mg/L),进而利用最佳浓度GO处理48 h后的根系mRNA进行转录组测序分析。转录组测序共获得548个差异表达基因,其中194个上调表达,354个下调表达。Gene Ontology富集分析表明GO处理导致大量胁迫刺激响应基因的表达变化。在预测与根系生长相关的转录因子中,BRN2 (BEARSKIN2)、NAC2 (NAC domain-containing protein 2)、MYB93 (MYB domain protein 93)和PIF3 (Phytochrome-interacting factor 3)可能是GO的响应基因。GO处理使大量乙烯相关转录因子表达下调,说明GO处理可能抑制了体内的乙烯信号通路。在代谢相关基因中,一组木葡聚糖糖基转移酶/水解酶基因(XTHs)可能与根系生长相关。本研究为理解GO调控植物生长的分子机制提供线索,并为GO在农林业领域的应用提供参考。     

过量表达大豆异丙基苹果酸脱氢酶基因Gm IPMDH促进植株开花和生长

异丙基苹果酸合成酶(isopropylmalate synthase, IPMS)和异丙基苹果酸脱氢酶(isopropylmalate dehydrogenase,IPMDH)是亮氨酸生物合成中的重要限速酶,但二者在植物生长发育中的功能鲜有报道。本研究对拟南芥AtIPMDH2基因在大豆中的同源基因GmIPMDH进行了克隆和分析。该基因编码的氨基酸序列中含有Iso＿dh亚家族保守结构域,且启动子中含有大量的光反应元件及激素应答元件。实时荧光定量PCR显示大豆叶片中GmIPMDH的表达量随着植株的生长发育逐渐升高。对GmIPMDH进行了烟草的异位表达和大豆的过量表达,表型分析发现GmIPMDH的过量表达显著提前了烟草和大豆的开花时间,且株高和节数均显著增加。转录组分析显示, GmIPMDH过量表达大豆叶片中的若干开花相关基因及赤霉素合成相关基因的表达量发生变化,推测GmIPMDH可能通过赤霉素合成通路参与赤霉素介导的植物开花诱导和株型调控。本研究首次阐明了GmIPMDH在开花期调控中的作用,为今后进一步研究GmIPMDH调控大豆开花和生长发育的分子机制提供了一定的基础。     

StEFR1正调控马铃薯对晚疫病的抗性

马铃薯晚疫病是毁灭性卵菌病害,对我国乃至全球的农业生产造成巨大的经济损失。本试验结合生物信息学分析、表达模式和功能验证,分析了LRR-RLK家族成员StEFR1调控晚疫病抗性的作用和潜在的调控机制。进化分析表明, StEFR1与拟南芥中功能已知的AtEFR序列相似度为53.9%。接种晚疫病菌3 d和elf18处理3 h,‘大西洋’离体叶片中StEFR1的表达分别上调至对照的1.87倍和2.31倍。瞬时过表达StEFR1的叶片受到晚疫病菌侵染时抗性增强,表现在叶片病斑面积较对照减小,而叶片细胞活性较对照增强。此外,与野生型相比,过表达StEFR1的叶片中3个PTI标记基因、SA和JA信号通路相关基因差异表达,且呈不同程度的显著上调,而ET信号通路相关基因的表达量无明显变化。综上所述, StEFR1参与晚疫病菌诱导的PTI抗性,且调控SA和JA激素信号相关基因的表达,对晚疫病起正调控作用。本文为深入研究StEFR1调控晚疫病免疫反应的分子机制奠定了基础,并为晚疫病分子育种研究提供重要参考。     

基于转录组挖掘不同性别贵州白山羊肌肉生长发育的关键基因及PI3K/ATK信号通路分析

胴体生长发育是影响山羊养殖效益的重要评价指标,旨在通过RNA-Seq技术挖掘不同性别贵州白山羊生长发育的关键候选基因,为贵州白山羊生长发育研究提供理论依据,以同等饲养水平条件下贵州白山羊为研究对象,测定2周龄不同性别贵州白山羊的屠宰性能指标,通过背最长肌转录组分析,筛选差异表达基因,分析相关基因的信号通路,最后通过RT-qPCR对筛选的基因进行验证。结果表明,测序得到的Raw reads进行过滤后,6个样本共得到78.99 Gb Clean Data,单个样本获得Clean reads在83 030 104～95 739 024条,各样本与参考基因组的比对效率在93.75%～94.79%,共获得25 089个表达基因,筛选差异表达基因共获得1 077个差异基因,其中194个为新发现转录本基因,发现的差异基因中563个在公羊背最长肌中表达显著上调,514个表达显著下调。对获得的1 077个差异基因进行GO功能富集分析,其中587个为显著富集(Q-value≥0.05),主要分为三大类35个亚类。KEGG信号通路分析发现,这些差异基因共参与243条信号通路,其中参与PI3K/AKT信号通路...     

马铃薯PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

作为关键信号分子,脱落酸(ABA)通过其核心信号通路PYLs-PP2Cs-SnRK2s广泛调控植物的生长发育和逆境响应过程,PYLs蛋白作为ABA信号传导的核心组件,在ABA信号传导中发挥着不可替代的作用。为探究PYLs (PYR/PYL/RCARs)基因在马铃薯中的进化以及表达模式,本研究从马铃薯全基因组‘DM-v 6.1’共鉴定到17个StPYLs基因,并对其分布、蛋白理化性质、系统进化、基因结构特征以及基因表达模式进行了分析。结果表明,17个StPYLs基因不均匀分布在8条染色体上,其氨基酸大小在163～231aa之间,等电点在4.5～8.6之间,相对分子量在18.71～25.29 kD之间。根据基因结构和蛋白的系统发育特征, StPYL家族成员共分为3个亚组, motif 1存在于本家族所有基因中,说明它在StPYLs的进化过程中较为保守。基因表达模式分析表明,StPYL家族成员具有明显的组织表达特异性,且除StPYL1在外源激素(BAP、ABA和IAA)和非生物胁迫(高温、盐和干旱)下均上调表达外,其余基因存在功能分化,不同胁迫下的表达模式各异。本研究结果为进一步阐明StPY...     

枣裂果相关的基因筛选

为了解枣果实开裂与基因表达的关系,并筛选出与裂果相关的基因,本研究以易裂品种‘伏脆蜜’为材料,利用Illumina测序平台对裂果和非裂果部位果皮进行转录组测序分析,结果表明裂果部位和非裂果部位两个样品中分别获得10 025和10 041个表达基因,其中9 802个基因在两个样品中都有表达,有223个基因在裂果部位中特异表达,有239个基因在非裂果部位中特异表达;在裂果果皮部位对比非裂果果皮部位中筛选出差异表达基因161个,其中上调表达基因39个,下调表达基因122个。通过对基因功能和KEGG代谢通路上基因差异表达筛选,主要在合成木质素的通路上发现2个基因(gene16874和gene17086);在植物激素信号转导中,发现1个AUX/IAA (gene26281)、1个ARF (gene22744)和1个SAUR (gene7576)及1个JAZ(gene2607)基因;在植物病原体相互作用代谢通路中,2个CML (gene19427和gene19466)基因;在淀粉和蔗糖代谢通路中,有1个β-淀粉酶(gene32293)基因和1个Endoglucanase 12 (gene3673)基因。结合转录组数据分析和利用RT-qPCR验证,上述10个差异表达基因在裂果果皮中都高表达,说明这10个基因可能参与裂果的发生过程。     

低温胁迫对水稻苗期根系影响的蛋白质组学研究

为了从蛋白质水平揭示水稻苗期响应低温胁迫的分子机理,以耐冷性强的东乡野生稻和冷敏感品种中嘉早17为材料,于5℃低温处理0,1,2,3 d后分别测定根系活力、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量等生理指标。随后利用iTRAQ技术对5℃低温处理3 d后水稻幼苗的根系差异蛋白质组进行分析。通过生理指标分析,5℃低温处理影响东乡野生稻和中嘉早17的根系生理指标,且在低温处理第3天,两者已出现明显差异。通过差异蛋白质组学分析,与常温(25℃)相比,东乡野生稻经低温处理后共鉴定到167个差异蛋白,其中,上调表达蛋白61个,下调表达蛋白106个;中嘉早17经低温处理后共鉴定到261个差异表达蛋白,其中,上调表达蛋白122个,下调表达蛋白139个。通过GO功能分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、细胞和单机体过程,主要涉及细胞及细胞成分,主要起着结合和催化作用。通过KEGG分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、次级代谢产物合成和碳代谢等代谢通路。通过对东乡野生稻和中嘉早17中均发生差异表达的29个蛋白质的进一步分析,了解到两者受低温危害后根系部分蛋白质的表达动态。本研究鉴定到的差异表达蛋白质为进一步阐述水稻耐冷机理及耐冷基因的挖掘提供理论依据。     

大豆响应耐涝的MAPK信号通路相关基因及蛋白的鉴定分析

大豆是一种耐涝性较差的作物,涝害会引起大豆产量下降,甚至绝产,而大豆耐涝的遗传机制尚不明确。本研究通过转录组和蛋白组的关联分析,筛选出3个大豆响应耐涝的MAPK信号通路相关的差异表达基因/蛋白,转录组数据分析结果显示,Glyma.05G124000在4个时间点的表达量变化最为明显,对其进行RT-qPCR分析,验证了转录组数据的可靠性。进而对Glyma.05G124000的理化性质和保守结构域进行分析,发现组成该蛋白的氨基酸中亮氨酸(Leu)所占的比例最高,该蛋白内部含有多个LRR保守结构域,蛋白的三级结构展示了LRR保守结构域中所有Leu的位置。本研究筛选到的3个基因都参与编码FLS2蛋白,信号肽预测结果发现Glyma.05G124000含有信号肽,根据MAPK信号通路图,我们推测涝害胁迫引发了植物类似于病原菌侵染的基本防御反应,传递信号通过FLS2蛋白进一步激活了MAPK信号通路来抵御涝害胁迫。本研究为探索大豆的耐涝机制,提高涝害条件下大豆的产量提供了理论基础和基因资源。     

花生油脂合成相关基因的表达谱分析

为研究不同发育时期花生籽仁油脂合成过程中基因表达调控模式,本研究以高油酸、中油花生品系F18和低油酸、低油花生品种‘鲁花6号’为材料,对下针后10、30、40、60 DAP(days after pegging)的花生种子进行表达谱芯片测序。结果表明,130、3556、2783个基因分别在30、40、60 DAP时期差异表达。GO注释和KEGG富集结果显示,差异表达的基因主要富集在脂肪酸合成和光合等代谢进程中,其中FAB2、FAD2、WRI1等主要参与油酸的积累,参与光合作用的基因均为捕光叶绿素a/b结合蛋白,全部上调表达。代谢通路图结果表明,籽仁发育的40 DAP和60 DAP时期,脂肪酸合成途径的基因均上调表达。研究结果为花生油脂代谢的分子机制提供理论基础,同时也为花生品质改良贡献了基因资源。     

陆地棉PPO基因全基因组鉴定及对黄萎病菌的响应分析

【目的】多酚氧化酶(Polyphenol oxidases,PPO)广泛参与植物抵抗病虫害等生物逆境胁迫的过程。本研究旨在研究棉花中的PPO基因及其表达模式,验证多酚氧化酶与棉花抗黄萎病的关系。【方法】分析了黄萎病菌V991侵染下异源四倍体陆地棉TM-1根系中PPO酶活力变化,并利用TM-1的基因组数据库,鉴定相关基因,并进行生物信息学和表达分析。【结果】共筛选到13个候选GhPPO基因。这些基因都不含内含子,所编码的蛋白包含2个铜离子结合位点和PPO的保守序列(酪氨酸酶、DWL和KFDV保守结构域)。进化分析显示,陆地棉PPO基因的种内相似性大于种间相似性,并且相互之间形成了多对重复基因。GhPPO的表达量差异较大,少数基因具有组织特异表达的特性,多数基因在棉花不同组织中表达量都很低。实时荧光定量聚合酶链式反应分析结果表明:GhPPO6D在棉花根系中表达量较高,且在黄萎病菌V991侵染后上调。【结论】GhPPO6D可能参与了棉花与黄萎病菌的互作过程,与V991侵染后棉花根系PPO酶活力上升相关。     

光周期对梨叶片激素含量及基因表达的影响

光周期是指一天中昼夜的相对长度,广泛调控植物生长发育的多个方面。研究不同光周期条件下梨叶片内源激素的昼夜变化规律,探索内源激素响应光周期诱导的分子机制,能够为协同利用光周期和激素调控植物生长发育提供理论依据。本研究以长日照和短日照条件下生长的梨植株为研究材料,在一天中不同时间点取样,分析了梨叶片中生长素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯、茉莉酸等5种内源植物激素含量及相关基因的表达差异。结果表明,梨叶片中5种激素呈现出不同的昼夜动态变化模式;不同光周期条件下激素的含量有显著变化。通过对转录组差异表达基因富集分析发现,多个激素相关的生物过程被显著富集,其中上调的差异表达基因主要富集在生长素运输等过程。对5种激素生物合成代谢、运输和信号转导相关的差异基因表达模式进行分析,筛选到响应光周期诱导的候选关键基因。这些结果为深入探究光周期调控梨激素响应机制提供参考。