药食兼用植物黄蜀葵全长转录组测序及特性分析

旨在从转录组水平解析黄蜀葵体内进行的主要生物进程及黄酮醇化合物合成的分子机制。利用高通量测序PacBio Sequel平台，以黄蜀葵的花、茎和叶的混合样品为材料，使用单分子实时测序技术(SMRT)进行全长转录组测序。测序数据质控后共获得53925条高质量转录本，其中53329个基因被公共数据库注释。共16574个基因注释到138条途径上，其中注释最多的途径为代谢途径（8556个），其次为次生代谢物的生物合成途径（4650个）。有10700个黄蜀葵基因发生了可变剪切事件，存在7种可变剪切类型。预测到3287个转录因子，bHLH转录因子家族的基因最多。检测到5683个SSR位点，且AAG/CCT类型最多。鉴定出黄酮醇合成相关的基因170个，包含10个关键的糖基转移酶基因，且CHS和F3H基因发生了内含子保留型的可变剪切。本研究揭示了黄蜀葵转录组的整体水平及黄酮醇生物合成的相关基因，为后期遗传改良和功能基因挖掘与利用提供了分子基础。     

植物类黄酮次生代谢生物合成相关转录因子及其在基因工程中的应用

转录因子在类黄酮次生代谢生物合成中起着重要的作用,通过与结构基因的结合,转录因子可激活次生代谢合成途径中多个基因协同表达,从而有效启动次生代谢途径。转录因子可以激活不同植物中相似黄酮类次生代谢合成基因的表达,将从特定植物中分离出来的转录因子基因在不同植物中进行遗传转化,可以有效提高转基因植物中黄酮类物质的含量。因此,转录因子的应用是类黄酮次生代谢基因工程中的一个新方向,已显示出广泛的应用前景。本文主要介绍了类黄酮次生代谢途径相关的MYB和MYC两大类转录因子,以及利用这两类转录因子在类黄酮生物合成遗传改良中的研究进展。     

高山杜鹃转录组测序及MYB转录因子家族分析

MYB转录因子是植物中最大的一类转录因子家族,参与调控植物的生长发育、次生代谢、逆境胁迫等生物学过程.目前,关于高山杜鹃MYB转录因子的研究尚未见报道.本研究利用SMRT高通量测序技术对高山杜鹃品种'富丽金陵'进行转录组测序,得到了15.37 Gb数据,通过去冗余获得75002条转录本序列.其中,71155、33653、30359条转录本分别在NR、GO、COG数据库中具有匹配信息.基于高山杜鹃转录组数据,鉴定了64个转录因子家族,其中MYB基因有220个.根据结构特性将MYB基因分为4类:1R-MYB、R2R3-MYB、R1R2R3-MYB和4R-MYB,其氨基酸序列包含20种保守元件.进化树分析结果显示,高山杜鹃MYB基因分为28个亚组.研究采用单分子实时测序技术(single molecule real time,SMRT)对高山杜鹃品种'富丽金陵'转录组进行测序,将获得的转录本序列进行功能注释和分类,对获得的220个MYB基因进行生物信息学进行分析,相关结果具有一定参考意义.     

棉花EPSPS基因一个可变剪接体的克隆及功能分析

可变剪接是生物体基因在转录过程中存在的普遍现象,该现象是导致蛋白质功能多样性的重要原因之一,但是在棉花中关于功能基因可变剪接事件的报到相对较少。本文在克隆棉花EPSPS(5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase)基因的过程中,发现了该基因的一条可变剪接序列。运用生物信息学的方法研究发现,该序列比正常的EPSPS基因的c DNA序列少152 bp,这造成了终止密码子在该序列的提前出现;正常的EPSPS基因内含子的剪切都遵循常见的"GT-AG"剪切规律,而该可变剪接序列最后一个内含子的剪切是按照"AT-AC"规则进行;该可变剪接序列预测的三维结构模型同正常的EPSPS基因的三维结构存在显著差异。将该可变剪接序列插入到原核表达载体p ET32a,随后将构建好的原核表达重组载体转化入大肠杆菌菌株BL21(DE3)Δaro A,通过在M9基本培养基中的生长研究发现该可变剪接序列不具备正常EPSPS基因所具有的功能。本研究结果丰富了棉花EPSPS基因转录本存在的形式,为深入研究棉花EPSPS基因的转录机制打下了基础。     

红皮红肉和红皮白肉火龙果果肉呈色相关基因差异表达分析

火龙果为热带新兴水果,常见的有红皮红肉和红皮白肉两种类型。为探究这两种火龙果果色差异原因,发掘差异表达基因(differencially expressed genes, DEGs),本研究分别在青果期(授粉后第15天)和成熟期(授粉后35 d)采集红皮红肉火龙果(Hylocereu polyrhizus)和红皮白肉火龙果(Hylocereu undatus)的果肉样品,进行转录组测序。获得高质量序列共53 240条。通过对DEGs进行分析,发现火龙果在同一品种不同时期间的差异比同一时期不同品种间的更大。分别在R1 vs R3和W3 vs R3两组进行GO功能富集分析和KEGG代谢通路分析,通过GO分析发现,在分子功能上,有部分基因显著富集在蛋白与转录因子结合活动上;通过KEGG分析,大部分基因富集在次生代谢产物合成通路、氨基酸和核酸代谢通路、酪氨酸代谢通路上,其中酪氨酸是甜菜色素合成的前体。综上所述,红皮红肉火龙果发育过程中伴随着大量甜菜色素的合成,酪氨酸作为前体在其中起关键作用,且该色素的合成需要大量氨基酸、酶及转录因子的参与。甜菜色素合成途径中的分子调控机制尚未明确,通过本研究可以发掘火龙果中甜菜色素合成相关的关键基因,是开展后续实验的基础,为甜菜色素代谢途径的完善提供了有用的信息。     

茶饼病诱导感、抗茶树品种的基因表达谱分析

为揭示茶树被茶饼病危害诱导的防御反应机制,本研究选择抗病和感病茶树品种为材料,通过转录组测序和数字表达谱分析茶树叶片被茶饼病危害前后的基因表达差异。结果显示,共筛选出差异表达基因974条,其中共有的为122条,抗病品种中特异364条,感病品种中特异的为488条。对差异表达基因进行分析发现,茶饼病危害主要影响了茶树体内代谢途径、内质网蛋白质加工、次生代谢产物的生物合成、植物病原相互作用、植物激素信号转导途径、淀粉与蔗糖的代谢、苯丙醇生物合成等通路中关键基因的表达水平,这些差异基因包括抗病蛋白基因(R protein)、水解酶基因、细胞壁加固基因、转录因子基因、植物激素及其信号转导基因、次生代谢和氧化酶类、转运蛋白等。利用RT-qPCR对筛选的6个基因进行验证,其表达模式与测序结果一致。本研究初步明确了茶饼病侵染对茶树基因转录水平的影响,为揭示茶树抗病的分子机制奠定了基础。     

植物Dof转录因子的结构特点及功能研究进展

Dof(DNA binding with one finger)蛋白是植物中特有的转录因子,其N-末端具含保守锌指结构的Dof结构域,能够识别AAAG序列;Dof转录因子能够发挥多种功能,主要是由于其具有多变的C-末端,它是Dof蛋白的特异转录调控结构域。在植物中,Dof转录因子的功能主要与维管发育、叶片极性、保卫细胞特异基因的调控、碳氮代谢、种子发育和萌发、光响应及光周期调控的开花和花粉发育、次生代谢物合成、防御反应、生长素响应等生理过程有关。将这些进程归纳为组织分化、种子发育和代谢调节三个方面,通过对植物Dof转录因子的结构特点及功能进行分析,为Dof转录因子的深入研究提供参考。     

药用植物罗布麻的转录组测序及分析

为了获得罗布麻转录组信息,研究罗布麻中功能基因的表达以及分子标记的开发,本研究采用Illumina HiSeq2000高通量测序技术对罗布麻进行转录组测序及分析。通过过滤掉低质量的读序,共获得26148138个高质量的读序,组装得到61538个Unigene序列。其中,有25296个Unigene在公共数据库中得到注释。通过KEGG分析,共发现29个Unigene参与活性成分(黄酮类)生物合成。检测出单核苷酸至六核苷酸重复类型的SSR位点13524个。本研究结果分析了参与黄酮类化合物合成的相关基因以及潜在的SSR位点,为进一步研究罗布麻次生代谢产物合成的功能基因的挖掘、分子标记的开发以及资源利用提供有用的信息。     

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。     

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。     

棉花纤维发育的分子机理及品质改良研究进展

 棉花纤维细胞的分化与发育是一个复杂有序的过程,在不同的发育时期均有大量的基因表达,参与纤维细胞发育的调控。转录因子和植物激素在棉纤维细胞分化起始过程中起重要的作用。纤维细胞壁结构、细胞骨架和糖类、脂类代谢相关的基因以及激素信号分子与纤维细胞的伸长密切相关。棉纤维次生壁合成时期主要是纤维素的合成及沉积过程,蔗糖合成酶和纤维素合成酶等基因在这一时期起关键的调节作用。在棉纤维发育分子生物学研究的基础上,利用基因工程改良棉花纤维品质也取得了一些研究进展。     

亚麻响应低钾胁迫转录谱分析

钾是亚麻生长发育必需的大量元素。本研究以钾高效利用亚麻品种Sofie为试验材料,在低钾处理12 h和96 h下,利用转录组测序及qRT-PCR进行低钾胁迫下差异基因表达调控的研究。结果表明,低钾处理7 d的亚麻叶片边缘变黄,与对照相比,低钾处理植株矮化。筛选出对低钾响应强烈的3个钾运转蛋白基因LusKC1(Lus K channel 1)、LusSKOR(Lus STELAR K⁺outward rectifier)和LusHAK5(Lus high affinity K⁺transporter 5),低钾胁迫响应峰值时间为12 h和96 h;与对照相比,低钾处理12 h鉴定到差异表达基因1154个(508个上调,646个下调),GO功能富集分析表明,这些差异表达基因主要富集于代谢过程、细胞进程、单一生物过程、催化活性和结合功能五大类,KEGG通路富集分析表明,这些差异表达基因涉及到能量代谢、碳水化合物代谢、碳代谢、氨基酸代谢、萜类化合物代谢和植物激素信号转导等通路。进而筛选出7个与钾直接相关基因(4个钾运输蛋白、2个钾通道蛋白及1个钠钾钙交换蛋白)、13个与激素相关基因以及6个与纤维素合成相关基因。7个与钾直接相关基因中,2个基因表达量上调1.75倍和2.64倍,5个基因表达量下调1.21~9.57倍。以上解析的差异基因初步揭示了亚麻低钾涉及的转录调控途径,可为亚麻耐低钾相关基因的克隆与功能验证奠定基础。     

亚麻荠油脂相关转录因子CsLEC2基因家族的鉴定及表达分析

对亚麻荠CsLEC2家族进行全基因组鉴定、半定量RT-PCR、qRT-PCR,检测CsLEC2基因的时空表达特性并通过转录组数据预测CsLEC2下游靶基因,以解析CsLEC2调控亚麻荠种子油脂合成和积累等生物学功能。结果表明,在亚麻荠基因组中共鉴定到3个亚麻荠CsLEC2基因（CsLEC2.1、CsLEC2.2和CsLEC2.3）。蛋白理化性质和高级结构分析显示,亚麻荠CsLEC2蛋白具有与拟南芥AtLEC2相似的理化性质,且其二级结构的主体也相似。系统进化分析表明,亚麻荠CsLEC2蛋白与模式植物拟南芥AtLEC2蛋白及拟南芥琴亚种AlLEC2蛋白亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示亚麻荠CsLEC2在未成熟的种子中高表达。转录组数据分析显示下游基因CsWRI1和CsOLE3高表达,推测CsLEC2可能直接上调CsWRI1和CsOLE3的转录表达,参与油脂代谢调控。     

甜菜TIFY基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

TIFY转录因子对植物体生长发育和胁迫响应有重要调控作用,本研究目的在于鉴定分析甜菜(Beta vulgaris L.)中的TIFY转录因子。试验以甜菜基因组数据为基础,利用生物信息学技术在全基因组水平鉴定并分析甜菜TIFY家族成员。结果表明：甜菜中共有21条TIFY基因,基因间序列相似性较低;共线性分析发现只有BvTIFY15与BvTIFY18之间存在基因复制事件;BvTIFY转录因子家族包括2个TIFY蛋白、8个JAZ蛋白、6个ZML蛋白、5个PPD蛋白;蛋白互作预测发现,JAZ家族成员对JA信号有重要的调控作用。本研究对BvTIFY基因的结构与功能进行分析,发掘出甜菜根中应答盐胁迫基因BvTIFY13与BvTIFY15,为后续BvTIFY基因的功能研究提供一定理论基础。     

基于通路分析剖析水稻农艺性状配合力和杂种优势

按照NCII遗传交配设计构建测交群体,考察包括产量性状在内的9个农艺性状,对水稻农艺性状表型、配合力和杂种优势进行通路分析,以期为水稻品种的培育和改良提供理论基础。结果表明,主穗实粒数与生物调控、千粒重与半胱氨酸和蛋氨酸代谢、主穗长与SNARE相关囊泡运动、主穗一/二次枝梗与依赖DNA的转录、株高与大分子代谢过程、主穗颖花数与花粉识别、有效穗数与水解酶活性、单株实粒重与嘌呤核苷结合等通路相关。为获得优良性状,高配合力,杂种优势可以从某一性状的相关通路进行研究,找到调控该通路的相关基因,以期为改良水稻一般配合力和获得杂种优势提供一定帮助。     

白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12S育性转换的差异蛋白质组学分析

为揭示温敏不育系PK3-12S育性转换机制,本研究以白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12花药为材料,采用2-DE和LC-MS/MS质谱鉴定等差异蛋白组学方法,分离鉴定了PK3-12在不育/可育条件下花药差异表达蛋白质,并对差异表达蛋白进行了生物信息学分析;进而采用RT-PCR检测了PK3-12在不育/可育条件下花蕾发育进程中差异蛋白编码基因表达量变化。结果表明,高温不育条件下, PK3-12花药形态瘪小,药室有少量败育花粉,育性转换受1对隐性基因控制,表达变化量在2倍以上差异蛋白质点31个,其中增量表达蛋白质点6个,减量表达蛋白质点11个,表达完全抑制蛋白点12个,不育花药特异表达蛋白点2个。质谱鉴定出15个差异蛋白质,参与信号转导通路、二羧基乙醛酸代谢、糖酵解代谢、次生合成代谢、氨基酸生物合成、分支酸生物合成、碳代谢途径等细胞过程。Rubisco亚基连接蛋白编码基因BrrbcL开放读码框(open reading frame, ORF)长度为1095 bp,编码364个氨基酸;与可育花蕾相比,发育进程中不育花蕾BrrbcL基因、膜联蛋白基因(ANN)、BetVI过敏原家族基因(BetVI)表达明显下调,表明上述基因可能参与了温敏不育系PK3-12S育性的转换。     

金线莲应答高温胁迫的转录组学特征分析

为了研究高温胁迫下金线莲转录组表达特征，分析其热激响应机制。以正常培养和高温胁迫(45^oC)的金线莲(NYJ2)为材料，利用Illumina HiSeq^TM2000平台进行测序，通过Trinity软件进行De novo组装。结果共获得75688个unigene，有28323个unigene在Nr、KOG、KEGG和Swisspro数据库中得到功能注释，注释率为37.42%。其中，17532个unigene在KOG数据库中可归类到25个功能家族；10108个unigene被KEGG数据库注释到128个代谢途径中；17485个unigene被GO数据库的生物过程、分子功能和细胞组成三大功能注释到47个条目中。777个unigene在高温胁迫前后差异表达显著，其中胁迫后上调表达为362个，下调表达为415个，获得响应热胁迫的基因24个，包括热激蛋白的基因1个，PSⅠ和PSⅡ相关的基因15个、叶绿体rbcL基因3个、PLD基因2个，CAT编码基因、GAPDH基因、CYP编码基因各1个。本研究从转录组水平分析了金线莲对热胁迫的响应，这些数据将为功能基因的鉴定奠定基础，为培育耐高温金线莲品系提供了参考依据。