水稻苗期耐冷性差异的转录组分析

低温冷害是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐冷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,是提高水稻耐冷性的重要途径之一。本研究以日本晴(Nip)为对照,对耐冷品种P427的表型和扫描电镜表皮组织观察,显示P427具有更强的苗期耐冷性。进而对低温处理后的水稻幼苗转录组进行测序,结果显示P427与Nip共有12 056个差异表达基因(DEGs),P427独有2 984个DEGs。对DEGs进行Pathway显著性富集分析发现,P427和Nip共有的DEGs主要富集在代谢途径、次生代谢物的生物合成等途径。而P427独有的DEGs主要集中在泛素介导的蛋白水解、内质网中的蛋白质加工、植物激素信号转导等途径。结果暗示激素信号转导、苯丙氨酸代谢通路、光合作用、次生代谢生物合成等途径可能在水稻苗期冷胁迫响应中起主导作用。植物对低温的响应是涉及多个基因和多个信号传导途径的复杂过程,本研究扩展了对植物低温冷害耐受性的复杂机制的理解,为今后开展水稻和其他谷类作物的耐冷性研究提供了理论依据。     

15%石灰氮催芽后巨峰葡萄芽内激素以及有机物质变化研究

用石灰氮对巨峰葡萄(Kyoho grapevine)进行催芽试验,对休眠解除过程中芽体内源激素和有机物质含量以及淀粉酶活性的变化进行了测定。结果表明:随着ABA含量降低IAA含量升高,冬芽逐渐解除休眠而最终萌发;在药剂处理后淀粉酶活性加强,淀粉降解为可溶性糖供的速度加快,蛋白质含量则先下降后升高,最后诱导大部分的芽都能萌发。该试验进一步证明了GA3、ZRI、AA和ABA含量可能是引起巨峰葡萄休眠的关键原因,而ABA含量水平则应该是引起巨峰葡萄冬芽休眠的最关键因素。ABA含量低则有利于冬芽解除休眠。     

葡萄ARP/DRM基因家族克隆及其在休眠解除过程中的表达

生长素抑制蛋白(auxin-repressed protein, ARP)和休眠相关基因(dormancy-related proteins, DRM)是植物中常见的生长素抑制类基因,与植物休眠进程相关。为了鉴定葡萄ARP/DRM基因参与休眠的功能特点,本研究基于欧洲葡萄基因组数据库挖掘,采用同源克隆法获得了3条葡萄ARP/DRM基因家族成员序列,分别命名为VvARP/DRM1、VvARP/DRM2和VvARP/DRM3。序列分析的结果表明,所克隆的3条序列与其他植物的相应序列具有很高的一致性。实时荧光定量表达的检测结果表明,在单氰胺打破葡萄冬芽休眠的过程中,3个基因都是在处理前期表达较高,然后随着处理时间的延长表达水平不断下降。在整个单氰胺处理的过程中,对照组中的VvARP/DRM1、VvARP/DRM2和VvARP/DRM3的表达水平一直高于处理组。研究结果为深入分析ARP/DRM基因家族在葡萄冬芽休眠解除过程中的功能和作用机理提供了参考依据。     

人参种胚不同后熟发育阶段比较转录组学分析

胚后熟发育对人参种子休眠解除具有重要影响。为探索人参胚后熟发育的分子机制,本研究利用Illumina Hi Seq X-ten平台对人参种子五个后熟发育时期(心形胚,鱼雷胚,子叶胚,成熟胚和芽胚)的胚组织进行转录组测序,共获得412 604 390条高质量reads。以心形胚为对照,在鱼雷胚、子叶胚、成熟胚和芽胚时期分别鉴定到2 359个、3 048个、6 180个、12 067个差异表达基因(DEGs),去重复后四个时期共获得13 724个DEGs。GO富集分析显示,四个时期的和总的DEGs主要共同富集到催化活性、细胞和发育过程等GO条目。与种子休眠结束中胚发育相关的DEGs编码蛋白构成的蛋白互作网络分析显示,指导m RNA合成的RNA聚合酶Ⅱ第二大亚基(NRPB2)、脯氨酸合成的关键酶Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS1和P5CS2)为核心节点蛋白,它们可以通过调控mRNA合成、脯氨酸合成和与其互作蛋白的表达来影响人参种胚的发育。KEGG富集分析发现,四个发育时期的DEGs主要共同富集到代谢过程、次生代谢合成和植物激素信号转导通路。其中,在植物激素信号转导通路中参与生长素和脱落酸信号转导的DEGs最多。因此,我们认为NRPB2、P5CS1、P5CS2蛋白互作和植物激素信号转导可能对人参胚的后熟发育至关重要。本研究结果对揭示人参胚的发育和种子休眠解除的分子调控机制有一定的参考意义。     

辣椒不同发育时期果实着色的转录组分析

为研究辣椒果实不同发育时期着色的基因表达差异,探究参与或调控辣椒果实类胡萝卜素合成的基因或转录因子。本研究采用RNA-Seq技术对辣椒果实青果期(G)、转色期(B1,果实表面30%左右变色)、转色期(B2,果实表面50%左右变色)和成熟期(R)的辣椒果实进行了转录组测序分析。结果表明,G-vs-B1、B1-vs-B2和B2-vs-R上调和下调的差异表达基因(DEGs)分别为924个和2 188个;DEGs经GO富集分析主要集中在生物调控、应激反应、信号、代谢过程和生长等的生物过程;DEGs经KEGG富集分析主要富集在类胡萝卜素生物合成和淀粉、蔗糖代谢等信号通路,DEGs共注释到3 079个转录因子,包括AP2、MYB、MADS和ERF等类型,转录因子AP2在调控植物类胡萝卜素的生物合成方面已得到证实,但在辣椒果实着色过程中的作用还有待研究。本研究为进一步挖掘辣椒果实着色过程中的关键调控因子,解析调控类胡萝卜素生物合成提供理论基础。     

水稻植物激素响应低温胁迫反应的转录组分析

植物激素在调节和控制植物生长发育、代谢过程、应对逆境等方面具有重要的作用。为明确水稻苗期植物激素对低温的应答机制,本研究以野生型粳稻品种‘中花11’为研究材料,经低温处理后,利用RNA-Seq技术分析植物激素调控水稻幼苗对低温胁迫的应答模式。通过转录组测序,共获得9.9×10~7条干净的序列,筛选出2 044个差异表达基因(DEGs)。首先,GO富集分析结果表明差异表达基因主要富集在生物学过程、细胞组分和分子功能三个方面。进一步的KEGG通路分析表明,差异表达基因主要富集在代谢途径、次生代谢生物合成、植物激素信号转导等途径。其中植物激素信号转导中低温应答的差异表达基因为31个,分别为25个上调表达基因和6个下调表达基因;主要参与了茉莉酸和脱落酸信号途径。这些研究结果对水稻苗期植物激素的低温应答机制完善和栽培调控具有重要的参考价值。     

低温胁迫对冰菜转录组水平响应分析

利用二代高通量测序技术对低温胁迫处理的冰菜进行测序,构建冰菜转录组数据库.分别得到24.13 Gb有效数据和24045条Unigene的注释,得到DEGs 1902个(T0 vs T1)和2134个(T0 vs T2).T0 vs T1组和T0 vs T2组分别有40和41个功能小类化归GO数据库;分别有20和24个功能分类注释到KOG数据库;155和272条基因注释到KEGG数据库,并分别富集在74和105条代谢通路.T0 vs T1组DEGs主要注释到植物信号转导等4个代谢通路;T0 vs T2组DEGs注释到苯丙醇类生物合成等11个代谢通路,其中正向影响代谢途径:丙酮醇类生物合成、嘌呤代谢、谷胱甘肽代谢、脂肪酸代谢、类黄酮代谢、氨基酸的生物合成代谢途径等;负向影响代谢途径:植物-病原互作、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等途径.通过对淀粉和蔗糖代谢途径关键基因分析表明:低温胁迫1 h (T1),海藻糖6-磷酸合酶、海藻糖-6-磷酸酯酶、β-淀粉酶、葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶、糖原磷酸化酶等5个关键基因表现为上调表达,未见下调表达基因;低温胁迫36 h (T2),海藻糖-6-磷酸合酶、己糖激酶、β-淀粉酶等3个关键基因上调表达,葡萄糖内酯-1,3-β-葡萄糖苷酶基因下调表达.选取淀粉和蔗糖代谢途径中8个DEGs,经RT-qPCR分析,8个DEGs的相对表达量与转录组表达水平相符.     

比较转录组分析花生种子休眠调控网络

种子休眠性是花生重要且复杂的农艺性状,对花生(ArachishypogaeaL.)的产量和品质影响巨大。为深入揭示花生种子休眠维持和解除的分子调控网络,本研究以强休眠品种花育52号(HY52)和弱休眠突变株系M23、M67为试材,种子吸胀处理(0 h、12 h、24 h)后测定其激素ABA和GA含量并进行转录组测序。吸胀12 h时M23和M67中GA含量显著高于HY52, ABA含量和ABA/GA比值则低于HY52。测序共得到31,373个差异表达基因(DEGs),其中ABA和GA生物合成和信号转导相关的基因在种子休眠维持和解除过程中发生显著变化,挖掘到50个ABA相关基因、8个GA相关基因、49个乙烯相关基因和13个生长素相关基因。此外,还鉴定到许多参与碳水化合物和脂质代谢、氨基酸代谢途径相关的DEG,挖掘到糖代谢相关基因5个、脂质代谢相关基因4个;昼夜节律调控也可能参与花生种子休眠解除。这表明,花生种子休眠维持和解除的调控是一个复杂网络,植物激素平衡调控可能只是其中一个重要部分。     

植物响应干旱的转录组学研究进展

转录组测序技术,能从mRNA水平全面地研究物种基因功能及特定的生物学过程,利用该技术能研究植物在干旱逆境下所有基因的表达水平情况,有助于揭示植物对干旱的应答机理。本研究综述了利用转录组技术揭示的干旱胁迫下植物信号转导、内源激素、光合作用、活性氧清除、渗透调节、次级代谢、细胞壁构建等途径中的差异基因表达情况,并展望了今后的研究趋势,以期为植物干旱研究提供参考。     

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。     

木薯叶芽和花芽的转录组差异分析

本研究以木薯花芽与叶芽为材料,通过Illumina HiSeqTM4000测序平台对其进行转录组测序,结果获得高质量序列45 010 506个、碱基数13.46 Gb,GC含量在43.5%以上、比对效率在78%以上。筛选得到3 782个差异表达基因(DEGs),其中上调2 409个、下调1 373个。DEGs涉及的主要功能有一般功能预测,翻译,复制、重组与修复,信号传导机制,次生产物合成、运输与代谢,翻译后修饰、蛋白质周转和分子伴侣,氨基酸运输与代谢,碳水化合物运输与代谢。DEGs显著富集的KEGG通路主要有植物激素信号传导、苯丙烷类生物合成、淀粉和蔗糖代谢、苯丙氨酸代谢、氨基酸的生物合成和碳代谢。获得植物开花相关基因47个,其中39个上调表达、8个下调表达。研究结果在一定程度上解析了木薯花芽分化的分子机制,并为后续的深入研究提供了基础数据。     

油菜素内酯合成和信号转导基因在马铃薯块茎贮藏期间的表达变化及对萌芽的影响

为探明油菜素内酯BR在块茎萌芽中的作用,建立更有效的种薯催芽调控体系,选择了休眠期不同的3个品种,利用q RT-PCR分析与BR合成、信号转导、调控有关的9个基因在贮藏期间及抑芽处理下的表达模式;同时检测BR类似物24-表油菜素内酯(24-e BL)及其与赤霉素GA3对块茎萌芽的影响。结果表明,涉及BR合成的4个基因表达量均随贮藏时间延长升高,短休眠品种升高的时间点早于中、长休眠品种;信号转导及调控基因中BRI1和CYCD3的变化与合成基因相似,BSK和TCH4的表达量则在中、长休眠期品种中保持恒定。抑芽处理在贮藏前期能刺激这些基因的表达升高,但之后都迅速下降并保持低水平。转录因子BZR1在各品种中以及抑芽处理下均没有明显变化。24-e BL利于块茎解除休眠,但不促进芽的伸长生长,与GA3互配效果更佳,单株块茎增重37.92%~98.41%。结论表明,BR合成和信号转导是块茎从休眠向萌芽转变的必经生理过程,它与GA3互配用于催芽更利于种薯萌芽的整齐、健壮并促进块茎形成。     

杜仲雌花芽2个发育时期转录组分析

杜仲(Eucommia ulmoides)的果实是提取杜仲胶和杜仲籽油的重要原材料,在工业、医疗、食品等领域开发前景广阔。为了揭示雌蕊原基发育相关基因的表达情况,本研究以杜仲果用良种‘华仲6号’(Huazhong No.6)为材料,利用lllumina Hiseq X-10高通量测序平台,分别对花序原基分化期和雌蕊原基分化期的花芽进行转录组测序,通过生物信息学对2个发育时期的雌花芽转录组进行比较分析,筛选出与杜仲雌蕊原基发育相关的差异基因。结果显示,转录组测序共获得68.11 Gb数据,各样品的Clean reads与杜仲基因组进行序列比对,比对效率为91.59%~92.05%,同时2个发育时期共筛选出485个差异表达基因,其中219个差异基因在雌蕊原基分化期表达上调,266个表达下调。差异基因GO富集结果表明,花的发育、光周期现象、激素生物合成以及蛋白结合转录因子活性等相关的生物途径被富集。KEGG富集结果表明淀粉和蔗糖代谢、碳代谢、昼夜节律和植物激素信号转导等代谢通路被富集。结果表明光周期途径是诱导杜仲成花的重要途径,且雌蕊原基发育受碳水化合物、植物激素和其他代谢物质调控。本研究为杜仲花器官发育调控基因的挖掘提供了基础数据,也为果用杜仲的分子育种提供了参考。     

活性炭促进玉米幼胚离体培养幼苗生长与发育的转录组分析

以玉米自交系昌7-2为试材,比较了14 d龄幼胚在MS和MSA(MS加活性炭)培养基上离体培养9 d的幼苗生长情况,并利用转录组测序技术分析了2种培养基上的玉米幼苗地上部和地下部的基因表达差异。结果表明,活性炭可以显著促进玉米幼苗的生长与发育。活性炭主要影响地下部基因表达。加入活性炭后,幼苗地下部表达上调的基因有1612个,下调的基因有530个;幼苗地上部表达上调的基因有69个,下调的基因有78个。GO功能显著性分析表明,地下部差异表达基因(DEGs)主要涉及DNA包装、DNA包装复合体和水解酶活性,地上部DEGs主要涉及脂类代谢、胞外区和过氧化物酶活性。KEGG富集分析表明,地下部DEGs主要涉及能量、碳水化合物、脂类和氨基酸代谢,以及细胞周期和植物激素转导途径;地上部DEGs主要涉及泛醌和其他萜-醌类物质合成途径。活性炭促进细胞周期途径中的关键基因(CYC、CDH1、MCM3、PCNA2和BUBR1)、生长素信号传导基因(Aux/IAA)以及细胞色素基因(CYP450)显著上调表达。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证了10个DEGs的表达模式与转录组测序结果一致,证实了转录组数据与分析的可靠性。     

茶树越冬芽在休眠与萌发时期的物质交流变化及其分子调控

为揭示不同萌发物候型茶树的休眠机制,以特早生茶树品种龙井43和中生茶树品种碧云为材料,利用钙黄素处理茶树茎段,检测越冬芽在休眠与萌发时期与其他器官的物质交流情况。利用同源比对鉴定胼胝质水解相关基因,并分析其序列特征及在冬季不同时期的表达模式。结果表明,越冬芽在茶树生长阶段和休眠阶段都存在着与着生茎段和母叶间的物质交流;从茶树越冬芽休眠形成到解除的不同时期,其物质交流存在"强-弱-强"的变化规律,但龙井43的与碧云相比存在较短的物质交流减弱时期;两种茶树的物质交流变化模式与鉴定到的茶树胼胝质水解正向调控相关基因CsGLU1的表达模式密切相关;启动子序列分析进一步证实CsGLU1启动子区有多个与激素信号以及低温和休眠响应相关转录因子结合的保守序列。茶树越冬芽在休眠和非休眠状态下都存在与茎和母叶之间的物质交流,且物质交流强弱与茶树越冬芽休眠状态改变密切相关。CsGLU1可能是参与胼胝质水解调控,改变茶树越冬芽物质交流水平,进而影响茶树休眠状态的关键基因。这对明确茶树越冬芽休眠状态变化和深入揭示不同萌发物候型茶树休眠机理有重要意义。     

花生种子休眠解除过程中相关基因的表达分析

种子休眠性是花生重要的农艺性状,外源乙烯利能诱导花生种子休眠的解除,为了阐明乙烯利作用下花生种子休眠解除的分子机制,设置吸胀的休眠种子为对照,100 mg L–1乙烯利处理吸胀休眠种子后不同时间的样品(AE1、AE2、AE3)进行转录组分析,比较了花生种子休眠解除过程中ABA、GA、ETH、auxin相关基因的表达。结果表明,15个与GA、40个与ABA、60个与ETH、56个与auxin相关的unigenes在花生种子休眠解除过程中表现显著差异表达。荧光定量PCR结果显示,ABA合成关键基因Ah NCED2和代谢关键基因Ah CYP707A1在种子休眠解除过程中均受外源乙烯利诱导,表达差异显著;在休眠和无休眠种子吸胀萌发过程中,Ah NCED2和Ah CYP707A1的表达趋势不同,Ah NCED2对于种子休眠的维持发挥积极作用,而Ah CYP707A1对于种子休眠解除发挥积极作用。     

假禾谷镰孢侵染小麦后3种植物激素相关基因的差异表达分析

假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)是我国近年新发现的小麦病原真菌,本研究目的是揭示植物激素信号传导途径中相关基因表达对假禾谷镰孢侵染的响应。利用假禾谷镰孢野生菌株WZ2-8A侵染小麦品种周麦24,对接种后5 d和15 d样品进行转录组测序,分析差异表达基因,并对候选基因进行q RT-PCR验证。假禾谷镰孢侵染后,小麦幼苗生长受到明显抑制,根长、株高、根重和地上部分鲜重均显著降低。转录组分析结果表明,植物激素信号传导途径中有29个基因差异表达,涉及到生长素、细胞分裂素和脱落酸3种植物激素。在接种后5 d有11个差异表达基因,其中2个上调,9个下调;在接种后15 d共有25个差异表达基因,其中8个上调,17个下调。在生长素信号传导途径中,生长素输入载体AUX1差异表达,影响生长素的极性运输,从而影响小麦根部的细胞伸长。在细胞分裂素信号传导途径中,起正调控作用的B-ARR上调表达,推测其促进细胞分裂素的信号传导,从而抑制细胞分裂,与生长素协同作用,造成小麦的长势减弱。在脱落酸途径中,脱落酸受体PYR/PYL下调表达;起到负调控作用的PP2C相关基因均上调表达。脱落酸使植物对真菌和细菌的抗性起到负调控作用,其信号传导途径与茉莉酸/乙烯途径相互拮抗,脱落酸信号传导途径的阻遏可能会使茉莉酸/乙烯途径信号通路打开。q RT-PCR结果基本能够和转录组测序结果相拟合,说明在假禾谷镰孢侵染胁迫下,脱落酸的信号传导被抑制可能是中抗品种周麦24对假禾谷镰孢产生一定的抗性的生理基础。     

茶树解除休眠前后体内激素等物质变化及锌的积极影响

为了探讨茶树解除休眠前后内源激素的变化及锌对此过程的作用，测定了成龄茶树休眠芽和顶端新梢核酸、可溶性蛋白、二种形态的脱落酸（ABA）含量及不同浓度锌处理苗体内吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GAs）和ABA含量。结果表明，茶树解除休眠前后ABA的形态明显不同，游离太代谢趋于活跃，蛋白质合成加速。锌处理促进GAs和IAA含量     

‘木门’百合休眠和花芽分化进程中激素变化

为了探究植物激素变化与百合休眠和花芽分化之间的关系,以‘木门’百合为试材,通过糖类物质变化和显微观测确定了休眠解除和花芽分化时期,并通过HPLC-MS技术进行了激素含量变化分析。结果表明‘木门’百合种球在3℃冷藏条件下56天左右休眠解除,70天左右开始花芽分化,其进程分为花芽分化初期、小花原基分化期和花器官分化期3个时期;休眠解除前GA₃/ABA上升,IAA/ABA、ZR/ABA比值保持低水平,休眠解除后GA₃/ABA保持升高,IAA/ABA、ZR/ABA比值升高;花芽分化初期ZR上升、GA₃下降、ZR/GA₃急剧上升,小花原基分化期ZR下降、GA₃上升、ZR/GA₃急剧下降,花器官分化期ZR和GA₃均上升,ZR/GA₃稳定不变。由此可见,低水平IAA/ABA、ZR/ABA促进休眠维持,持续上升的GA₃/ABA促进休眠解除,ZR/GA₃上升促进花芽分化起始,下降则促进小花原基形成。本研究结果将为‘木门’百合的采后储藏和开花调节提供一定理论参考。