黄瓜果实耐冷性与CsHSFs基因表达关系的研究

【目的】研究CsHSFs基因的表达特征与热处理和冷锻炼处理提高黄瓜果实耐冷性的关系.【方法】测定了低温(8℃)贮藏过程中热处理(低温贮藏前50℃热水处理1 min)、冷锻炼处理(15℃预贮2 d后再低温贮藏)和对照处理的黄瓜果实的相对电导率、可溶性固形物(TSS)含量、叶绿素含量和果实色泽等生理指标,并用qRT-PCR法检测CsHSFs基因的表达特征.【结果和结论】热处理和冷锻炼处理均可提高果实耐冷性,主要表现为热处理和冷锻炼处理均显著抑制了果实相对电导率的升高和叶绿素含量的降低,较好地保持了果实的色泽和商品性状,相比较而言,冷锻炼处理减轻果实冷害的效果比热处理明显,同时,热处理与冷锻炼处理都不影响果实TSS含量.并且,CsHSF7和CsHSF11基因表达水平与热处理和冷锻炼诱导的果实耐冷性密切相关,但其参与冷害的机制可能不同,体现为CsHSF7在酵母中具有转录激活活性,而CsHSF11在酵母中不具有转录激活活性.     

阶段降温对冷藏黄瓜耐冷性的诱导作用

黄瓜是冷敏型蔬菜,其果实在冷藏期间容易发生冷害,从而严重影响采后果实的商品性。为了探究阶段降温处理对冷藏黄瓜耐冷性的诱导作用,在采后黄瓜冷藏前,依次于10℃处理24 h、5℃处理48 h。结果表明,阶段降温处理显著降低了冷藏黄瓜的冷害指数、相对电导率、次生病害病情指数,显著提高了PSⅡ原初光能转化效率(F_v/F_m),表明阶段降温处理有效诱导了冷藏黄瓜的耐冷性,从而减轻了冷藏黄瓜的冷害程度。阶段降温处理明显增加了冷藏黄瓜的总可溶性固形物含量和总可溶性蛋白质含量,降低了冷藏黄瓜的丙二醛含量、过氧化氢含量及超氧阴离子自由基产生速率,显著增强了冷藏黄瓜的超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性和过氧化物酶活性,提高了相关酶基因的表达量。由研究结果可知,阶段降温处理诱导的黄瓜耐冷性与渗透调节物质的积累及黄瓜抗氧化系统被激活有关。     

水稻耐冷性研究进展及建议

低温冷害是水稻减产的主要原因之一。就低温胁迫对水稻的危害性、水稻冷害类型及鉴定指标、水稻耐冷性遗传及QTL(数量性状基因座)研究、水稻耐冷信号传导及转录因子调控方面进行了概述。介绍了水稻耐冷性研究中存在的一些问题,并提出了相应的对策和建议。     

基于转录组分析筛选牛心朴子响应低温胁迫的转录因子家族

[目的]从转录水平分析牛心朴子在低温胁迫下的差异表达基因,筛选响应低温胁迫的转录因子家族,鉴定出牛心朴子低温胁迫响应的关键调控基因,为全面解析逆境胁迫响应分子调控网络及有效挖掘关键调控基因提供理论参考.[方法]通过高通量测序技术对低温胁迫(CT组)和常温处理(对照,CK组)的牛心朴子cDNA文库进行转录组测序分析,对差异表达基因进行功能注释和富集,鉴定出响应低温胁迫的转录因子家族,并选取4个差异表达的转录因子基因进行实时荧光定量PCR检测,以验证转录组测序结果的可信度.[结果]从CK组和CT组共获得30.50 Gb的原始数据,Cycle Q20平均值在96%以上,经数据过滤及去冗余后,拼接组装获得100006条Unigenes,但其功能注释率较低,有47082条至少在一个数据库中被功能注释,占Unigenes总数的47.07%;而在NR、NT、KO、SwissProt、PFAM、GO和KOG数据库中均被注释的Unigene有7070条,仅占Unigenes总数的7.06%.GO功能富集分析筛选到5545个差异表达基因,其中,上调表达基因2039个,下调表达基因3506个,分别富集到生物过程、细胞组分和分子功能三大类别中.从牛心朴子Unigene中共鉴定到83个转录因子家族的1826个转录因子,其中,以MYB转录因子家族成员数目最多,为136个(占7.45%).从差异表达基因中筛选到与低温胁迫有关的66个转录因子家族的550个转录因子,其中MYB、C3H、bHLH、AP2-EREBP、C2H2、NAC、bZIP、CCAAT和WRKY等转录因子家族均有大量转录因子能被低温胁迫诱导表达.基于实时荧光定量PCR的牛心朴子低温胁迫下转录因子基因表达水平检测结果与转录组测序分析结果基本一致.[结论]MYB、C3H、bHLH、AP2-EREBP、C2H2、NAC、bZIP、CCAAT和WRKY等转录因子家族成员在牛心朴子响应低温胁迫时发挥主导作用,同时各家族转录因子间存在共表达性或协同作用,通过复杂的转录调控网络发挥重要调节作用,进而提高牛心朴子对低温胁迫的耐受性.     

热处理提高采后果蔬抗冷性的机理分析

低温贮藏是采后果蔬最有效并且应用最广泛的一种保鲜技术,但是一些对低温敏感的水果和蔬菜,在低温贮藏中容易发生冷害现象,给采后果蔬造成重大的损失.热处理作为一种安全高效的物理处理措施,已被广泛应用于提高采后果蔬的抗冷性.目前多数研究集中在热处理对采后果蔬贮藏品质的影响以及对采后果蔬生理生化的影响,而热处理提高果蔬抗冷性的机理以及关键信号途径尚不太清楚.对热处理提高采后果蔬抗冷性可能存在的机理进行分析,表明热处理诱导的果蔬抗冷性与细胞膜完整性、活性氧信号、热激蛋白、精氨酸途径、糖代谢等因素相关.这些因素具有共同的特点:热处理最终均是通过诱导增强抗氧化酶体系的活性、维持细胞膜的完整性,从而提高了果蔬的抗冷性.     

萱草根茎低温胁迫转录组分析

低温胁迫是萱草育种和生产中最严重的非生物胁迫之一。该研究以耐冷型和冷敏感型萱草低温处理前后的根茎为材料,利用转录组测序(RNA-seq)技术,比较了耐冷型和冷敏感型萱草在低温胁迫下的基因表达差异。结果表明,4个样品获得的高质量clean reads均大于35 880 734条;低温处理后,耐冷型萱草差异表达基因数量多于冷敏感型,差异表达基因主要富集于次级代谢产物等相关途径,Ca²⁺信号通路基因、MAPKs信号通路基因、转录因子和热激蛋白基因表达在2种萱草中表现出不同的变化,可能导致2种萱草在低温胁迫中的不同反应。qRT-PCR验证结果显示,差异基因的表达变化趋势与RNA-seq结果一致。该研究表明Ca²⁺信号通路基因、MAPKs信号通路基因在萱草响应低温胁迫过程中发挥着重要作用。     

超声波处理对小麦种子活力影响的转录组分析

为分析超声波处理对小麦种子活力及相关基因表达的影响,设置不同时长超声波(0(CK)、10、20、30、40和50 min)处理小麦种子,同时借助转录组测序技术筛选与小麦种子活力相关的差异表达基因,进行GO分类及KEGG富集分析。结果表明,超声波处理30 min的小麦种子活力最高,且显著高于其他处理和CK。30 min处理的小麦幼苗萌发0 h的脯氨酸含量以及SOD、CAT、POD的活性均显著高于CK,萌发72 h的幼苗SOD、CAT活性与脯氨酸含量均显著高于CK。转录组分析表明,与CK相比,超声波处理30 min的小麦种子萌发0和72 h 共有1 723个差异表达的基因。GO富集分析表明,在生物过程上,超声波处理对种子活力的影响主要集中在氧化还原过程、碳水化合物代谢过程、氧化应激响应与过氧化氢分解代谢过程;在细胞组分上,主要集中在胞外区、质外体、细胞壁和细胞外间隙等质膜外区域;在分子功能上,主要集中在氧化还原酶活性、单加氧酶活性和过氧化物酶活性。KEGG富集分析发现,富集最为显著的3个通路依次为谷胱甘肽代谢(ko00480)、代谢途径(ko01100)与色氨酸代谢(ko00380),其中谷胱甘肽代谢通路共富集32个差异表达基因(DEGs)。     

黄瓜耐冷性遗传分析与连锁标记筛选

黄瓜(Cucumis sativusL.)是典型的冷敏型植物。对黄瓜来说,冷害是生产上制约其丰产、优质的主要逆境因素之一。为了掌握黄瓜耐冷性遗传规律,加快黄瓜耐冷品种的选育,本研究选取黄瓜耐冷型品系0839和低温敏感型品系B52为亲本杂交得到F1和F2,进行苗期低温鉴定和遗传分析。供试亲本的耐冷性主要受一对显性单基因控制。结合BSA(群体分离分析)和SSR分子标记,获得了与黄瓜耐冷性主效基因连锁的SSR标记。通过F2群体分析,鉴定出与耐冷性基因连锁的分子标记SSR07248,该标记与耐冷性基因间的遗传距离为32.6cM。     

热处理对黄瓜贮藏冷害及生理生化的影响

研究热处理抑制贮藏果蔬冷害的效果和机理，选用“新丹4号”黄瓜为试验材料，采后分别用42、37、33℃和对照(20℃)处理24h，然后2℃低温下贮藏；测定了贮藏过程中冷害发生及与冷害相关细胞膜渗透率等生理生化指标。结果表明：在33-42℃温度范围内，热处理可减轻黄瓜低温贮藏冷害，延缓细胞膜渗透率的上升和可溶性蛋白合量的下降，提高度脂过氧化保护酶POD、SOD、CAT的活性，可以保护膜的稳定性；在低温贮藏过程中，乙烯的释放量没有明显的峰值出现，又后期逐渐降低，但热处理能明显减少贮藏过程中乙烯的释放。在试验热处理温度中37℃效果最好。     

花生幼苗响应低温胁迫的转录组分析

低温冷害是限制我国东北地区花生产量和品质提升的主要环境因素,鉴定花生耐寒的关键功能基因,并揭示其调控机制是创制耐寒花生种质,提高花生耐冷性的重要途径之一。以耐寒型花生品种农花5号为试验材料,对6℃低温胁迫下的花生叶片进行RNA-Seq转录组测序分析。结果表明:与对照相比,共有3910个基因持续差异表达;GO功能注释将差异表达基因富集到43个功能组,其中生物学过程中的代谢过程富集到的基因数目最多;KEGG代谢通路分析将持续差异表达基因富集到116个代谢通路中,其中植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、植物-病原菌互作、植物昼夜节律和α-亚麻酸代谢途径富集到的基因数目最多,且大部分为上调表达,在低温胁迫中具有重要作用。从转录组数据库中随机挑选6个差异表达基因进行qRT-PCR验证,其表达趋势与高通量测序结果相一致,证明了转录组数据的可靠性。研究结果将为揭示花生响应低温胁迫的分子机制提供理论依据。     

NaCl处理谷子萌发期种子的转录组学分析

【目的】谷子具有抗旱、耐贫瘠的特性,逐渐成为研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期筛选并获得的谷子耐盐品种和敏感品种为材料,通过RNA-Seq测序筛选鉴定谷子的盐胁迫响应基因,揭示其响应盐害机制,为培育谷子抗盐新种质提供理论依据。【方法】 对14个谷子品种进行了萌发期抗盐筛选。谷子不同品种的种子经150 mmol·L ^-1NaCl处理萌发培养7 d后,分别统计各品种种子的萌发率、根长和芽长,综合各项指标鉴定到豫谷2为耐盐品种、安04为盐敏感品种。以这两个品种盐胁迫前、后萌发期种子为材料,应用RNA-Seq进行转录组测定,分析鉴定盐害下差异表达基因（differentially expression gene,DEG）,并对DEG进行GO和KEGG功能富集分析。同时应用qRT-PCR对随机挑选的15个DEG表达模式进行验证,并与RNA-Seq结果进行相关性分析。 【结果】 耐盐品种豫谷2、盐敏感品种安04种子经盐胁迫处理后,分别鉴定出2 786个和4 413个DEG;其中,每个品种在NaCl处理前及处理后分别鉴定出1 470和3 826个DEG。GO和KEGG聚类分析显示,NaCl处理下参与信号转导、抗氧化、有机酸的合成及转运以及次生代谢等相关的DEG在谷子萌发期种子应对盐胁迫响应过程中具有关键性的作用,DEG主要集中在胁迫响应、离子的跨膜转运、氧化还原、次生代谢及有机酸、多胺、苯丙烷的合成等过程。qRT-PCR对15个DEG表达模式的检测结果与RNA-seq结果相关系数为0.8817。其中编码离子通道的基因（HKT）、过氧化物酶基因（POD）、黄烷酮-3-羟化酶基因（FL3H）、MYB转录因子基因等在豫谷2中表达量较高,显示其在谷子萌发期种子响应盐胁迫中可能发挥一定作用。【结论】 谷子耐盐品种及盐敏感品种的种子对盐胁迫的响应程度具有一定的差异性,且品种对盐害的耐受能力主要与基因对胁迫的响应程度相关,而与DEG的数量相关性不大。     

枯草芽孢杆菌NCD-2对棉花根系分泌物L-脯氨酸响应的转录-蛋白质组学联合分析

【目的】棉花根系分泌物L-脯氨酸是影响生防菌株定殖的关键因素之一,前期研究发现L-脯氨酸能够提高枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）NCD-2生物膜形成能力。通过高通量测序技术分析L-脯氨酸调控枯草芽孢杆菌NCD-2生物膜形成和生防潜力相关的基因,为深入认识棉花根系分泌物与生防菌株的分子互作关系打下基础。【方法】以枯草芽孢杆菌NCD-2菌株为供试材料,外源添加浓度为10 mg·mL^-1的L-脯氨酸共培养24 h后,分别进行转录组（RNA-seq）和同位素标记相对定量蛋白质组技术（iTRAQ）分析,对所获得的转录组和蛋白质组数据进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证不同代谢通路中部分差异基因的表达情况。 【结果】转录组分析发现,L-脯氨酸和NCD-2菌株共培养后,获得1 071个差异表达基因（DEG）,其中602个基因上调,469个基因下调。GO分析发现在生物过程、细胞组分和分子功能方面分别有49、14和30个功能条目显著富集。KEGG代谢通路主要富集在化合物代谢、鞭毛组装、细菌运动和趋化作用。蛋白质组学分析发现,筛选到211个差异表达蛋白（DEP）,其中118个蛋白上调,93个蛋白下调。GO分析发现在生物过程和分子功能方面分别有13和8个功能条目显著富集。KEGG代谢通路主要富集在氨基酸代谢、碳水化合物类代谢、鞭毛组装和ABC转运蛋白。进一步转录-蛋白质组学联合分析发现,在L-脯氨酸作用下,检测到共有的显著差异表达基因（或蛋白）112个,其中38个基因（或蛋白）下调,74个基因（或蛋白）上调。GO功能显著富集主要集中在营养库活性、催化活性、细胞膜、定位、细胞脂质代谢过程、氧化还原过程、sigma因子活性、转运活性、芽孢形成9个方面。KEGG代谢通路主要富集在能量代谢、ABC转运蛋白、抗生素生物合成、鞭毛组装、运动或趋化作用和双组分系统方面。RT­qPCR验证了26个差异表达显著基因,结果发现在表达量上存在一定的差异,但表达趋势与RNA­seq和iTRAQ组学分析结果基本一致。【结论】棉花根系分泌物L-脯氨酸与枯草芽孢杆菌NCD-2之间的互作存在一个复杂的生物过程,依赖于不同代谢通路网络中的多个基因。双组分系统、抗生素生物合成、能量代谢、运动或趋化作用、鞭毛组装和ABC转运蛋白通路中的差异基因（或蛋白）可能在棉花根系分泌物与枯草芽孢杆菌互作过程方面发挥着重要作用。     

铜胁迫下的西瓜食酸菌转录组分析

【目的】分析西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli)在铜胁迫下转录水平的响应特征,研究对其抗铜系统和抗铜机制,为进一步解析西瓜食酸菌的铜耐受分子机制积累数据。【方法】以西瓜食酸菌亚群I的抗铜菌株FC440铜胁迫和无胁迫培养下的菌体为材料,提取RNA并利用RNA-Seq技术获取细菌对铜胁迫的应答数据,分析数据质量、差异表达基因的类型、KEGG富集与Pathway注释、GO富集分析等转录组水平特征,并进行qPCR验证。【结果】共获得6个转录组文库,总数据量23.6 Gb;该细菌共有4 344个基因表达,其中有466个基因差异表达(上调266个,下调200个);差异表达的基因显著富集于ABC转运系统的跨膜转运、双组分系统通路的信号转导以及氨基酸代谢等约9大通路;基因表达趋势与转录组测序数据的趋势一致。【结论】铜胁迫下谷氨酸、谷胱甘肽等氨基酸代谢在西瓜食酸菌抗铜胁迫中发挥重要作用;双组分系统参与西瓜食酸菌对铜离子胁迫的响应且受到负调控;该菌中可能存在包含ABC转运体的跨膜转运、氧化还原反应、胞内束缚沉淀等多种系统互作的抗铜机制。     

白桦木质部原生质体初生细胞壁再生过程转录组分析

  目的  木质部细胞壁的组成及特性是决定材性的重要因素,研究木质部细胞壁形成的分子调控机制对于木材改良具有重要意义。本研究探究了白桦木质部原生质体初生壁再生过程的分子调控机制,并鉴定出重要调控基因,旨在为林木材性性状研究提供数据和材料。  方法  分别以培养0 h和2 h的白桦木质部原生质体为材料,通过荧光增白剂染色观察初生壁再生过程。利用转录组分析技术研究初生壁再生前后的差异表达基因及其参与的调控途径,将检测到的差异表达基因在GO、KEGG、PlantTFDB数据库中进行比对分析。  结果  荧光显微镜观察结果显示:原生质体分离后不具有细胞壁,培养2 h再生初生细胞壁。以|log₂（FC）| ≥ 1（FC为差异倍数）且q < 0.05为标准筛选差异基因,结果显示:相较于刚分离的原生质体,培养2 h的原生质体中检测到4 396个上调表达的基因,4 056个下调表达基因,总计8 452个差异表达基因。其中GO数据库共注释到10个显著上调条目,KEGG数据库注释到10个显著差异代谢通路,PlantTFDB数据库共注释到16个家族的360个差异表达转录因子。GO注释结果表明,DNA复制、细胞周期相关基因上调表达。KEGG注释结果表明,谷胱甘肽、α-亚麻酸等与抗逆代谢相关的基因下调表达,果胶脂酶相关基因上调表达。PlantTFDB注释结果表明,bHLH、NAC、MYB、bZIP等与细胞壁合成密切相关的转录因子均差异表达。  结论  培养2 h的木质部原生质体处于细胞壁再生及分裂准备状态,DNA复制、细胞周期、多糖合成代谢等相关基因在白桦木质部原生质体培养及初生细胞壁形成过程中起调控作用。      

贵紫麦1号籽粒色素形成相关基因的差异表达

【目的】探明贵紫麦1号小麦灌浆期变紫后和变紫前2个时期籽粒的转录组差异,发掘影响贵紫麦1号花青素合成的关键基因和关键酶,丰富小麦籽粒色素转录组数据信息,为转录因子的克隆及表达提供参考。【方法】利用Illumina Hiseq 2000TM高通量测序技术对贵紫麦1号籽粒变紫前和变紫后2个时期进行转录组测序、文库构建及建库质量评估,对测序结果进行信息学分析。采用TTM对read count数据进行标准化处理,随后用DEGseq进行差异分析,设定q-value＜0.005且|log2 (fold change)|＞1为阈值。通过筛选分析,获得两者间差异表达基因,按照无参转录组分析方法,对差异表达基因进行BLAST搜索,Nr数据库比对,GO功能富集及KEGG pathway分析,找出与花青素相关的关键基因和关键酶,并结合qRT-PCR验证所找到的关键基因及关键酶在不同时期的表达水平,掌握这些关键基因的信息。【结果】测序结果表明,贵紫麦1号变紫后和变紫前分别获得13.36 G和12.69 G的clean bases,clean reads为106 906 108条和101 547 534条,占原始序列的93.73%和94.90%。通过Trinity软件对所得clean reads进行拼接,共获得170 396条转录本,长度为119 020 625。拼接clean reads后获得119 572条Unigenes。在BLAST搜索中,119 572个高质量独特序列中有86 004条（71.92%）Unigenes与现有基因模型具有至少1个显著匹配。在Nr数据库比对结果鉴定了至少5种具有与来自节节麦、乌拉尔图小麦、二穗短柄草、大麦、小麦等已知基因同一性且序列相似性高的Unigenes。KOG数据库比对结果显示,注释成功的基因按KOG的26个group进行分类,注释在一般功能基因,蛋白质翻译后修饰与转运、分子伴侣及翻译、核糖体结构与生物合成等类别基因所占比重较大,分别为15.79%、14.51%和10.54%。643个差异基因中,236个呈上调趋势,407个呈下调趋势。GO注释表明,按照基因参与的生物过程、所处的细胞组分、具有的分子功能下一层级分类,共44个分类,差异基因显著富集在碳水化合物代谢过程（GO:0005975,16.03%）、应激反应(GO:0006950,10.83%)和水解酶活性分子功能(GO:0016787,34.84%)等类别中。KEGG pathway富集分析可知,353个差异基因富集到153条相关通路上,其中淀粉与蔗糖代谢、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成等通路富集显著。类黄酮生物合成途径相关基因共66个,2条相关上调表达Unigenes,涉及查尔酮酶、隐色花色素双加氧酶2个关键酶基因,log2(fold change)分别为3.4164和2.1258。对所得关键基因进行qRT-PCR验证,证实查尔酮酶、隐色花色素双加氧酶在贵紫麦中1号中表达量呈明显上调趋势,与转录组测序分析结果一致,测序结果可靠度高。【结论】比较分析贵紫麦1号籽粒变紫后和变紫前2个时期转录组测序结果,获得大量Unigenes数据及差异表达基因相关信息,明确类黄酮代谢途径中2个关键酶基因（CHS和ANS）在调控贵紫麦1号籽粒花青素合成过程中作用显著。     

广州地区棉花粉蚧雌成虫过冷却点和结冰点的季节性变化

为了解桉树枝瘿姬小蜂(Leptocybe invasa)成虫对极端温度的抗性,采用极端温度暴露和低温驯化试验的方法,研究不同季节来源的桉树枝瘿姬小蜂成虫对极端温度的耐受能力.结果表明:桉树枝瘿姬小蜂成虫具有一定的对极端温度的基础耐受性,夏季种群比秋季种群具有更强的耐热性和较弱的耐寒性.冷驯化试验结果表明,桉树枝瘿姬小蜂对低温胁迫具有诱导耐受性,但长时间的非致死低温处理可对成虫产生冷害作用.