星天牛转录组及三大解毒酶家族相关基因系统发育分析

【目的】研究星天牛转录组信息及体内细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)和谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)三大解毒酶系的表达谱情况,通过构建系统进化树,探析其这3种酶系基因家族的类别及其系统演化关系,为星天牛对多寄主种类的适应性与杀虫剂的抗药性机制研究提供依据。【方法】采用新一代高通量测序技术Illumina HiSeq TM 2500 对星天牛进行转录组测序与数据分析,通过数据筛选并进一步与鞘翅目近缘物种的解毒酶同源蛋白进行系统发育分析。【结果】经测序、序列拼接得到55 260条unigenes,将其与公共数据库进行同源比对,注释了32 247条unigenes,在Swiss-Prot数据库注释的unigenes的数量最多(99.11%);注释到Nr数据库时与赤拟谷盗的unigenes同源性最高(60.25%);在GO数据库中,共有8 083个unigenes被成功注释,根据其功能大致可分为3 类47 亚类;在KEGG数据库中,4 600 条unigenes与162个预测路径可以匹配。通过基因注释发现248条解毒酶系基因在星天牛体内表达,包括139条CYP基因、72条CarE基因、37条GST基因。系统发育分析发现,星天牛的大部分CYP基因都至少与一种鞘翅目近缘物种的CYP基因聚类在一起,P450基因中的CYP6家族数量与其他近缘物种(鞘翅目)类似,包含的基因数量最多;CarE解毒酶蛋白基因主要为β-酯酶、神经趋化蛋白、外源性代谢酶、未知等4种类型,分别可能参与星天牛的一些激素以及信息素的加工、神经和发育过程、消化与解毒等生理过程;星天牛的GST基因聚类主要包含Microsomal GST、Sigma GST、Omega GST、Delta GST、Theta GST等亚家族,具有保护生物大分子免受氧化损伤、催化活力等功能。【结论】本研究获得星天牛的转录组信息,初步探明星天牛体内三大解毒酶系的表达谱及分化情况,可为星天牛对多寄主种类的适应性与杀虫剂抗药性的产生及遗传机制研究提供基础数据和参考。     

穗花杉的转录组测序及其转录组特性分析

[目的]通过对红豆杉科穗花杉属的穗花杉进行转录组测序,为穗花杉的萜类合成途径和分类学研究提供支持。[方法]利用Hi Seq2500技术对穗花杉的茎叶进行转录组测序。[结果]穗花杉转录组测序共得到8.14 Gb的clean data。从头组装共获得82 884条unigene,其中有27 495条unigene被注释。此外,在82 884条unigene中共搜索到2 827个SSR位点,单核苷酸重复SSR出现频率最高(60.1%),其次为三核苷酸重复SSR(25.4%)。在穗花杉unigene中挖掘出了1个牦牛儿基焦磷酸合成酶(GPS)、1个法尼烯基焦磷酸合成酶(FPS)和5个牦牛儿基牦牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)的同源基因,同时得到紫杉二烯合成酶(TS)同源基因13个。[结论]发现了20个与萜类合成有关的unigene和2 827个SSR位点,为今后穗花杉萜类生物合成研究,特别是紫杉二烯合成酶编码基因的研究打下了基础,也为该物种系统分类地位及遗传多样性研究提供了新的遗传信息。     

基于马尾松干旱转录组的抗旱功能SSR位点分析

[目的]了解马尾松干旱胁迫转录组序列的功能分布和SSR位点分布特征,并探索与干旱关联的SSR位点。[方法]对马尾松幼苗进行持续干旱胁迫,选取干旱10、15、25 d及正常供水对照的马尾松针叶样品,通过总RNA提取、Illumina测序、raw reads去冗、Trinity拼接获得unigenes。利用Blast比对,对Unigene序列进行GO、KOG、KEGG功能注释及分类;利用Misa软件进行SSR位点批量搜寻,primer 3. 0软件进行规模化SSR引物设计;利用GOSeq(1. 10. 0)、KOBAS(v2. 0. 12)软件对差异表达的含SSR位点Unigene进行GO、KEGG显著性富集分析。[结果]马尾松转录组194 821个Unigene中,101 806个Unigene获得注释,包含64 943个GO功能注释、35 880个KOG功能注释及30 882个KEGG注释。搜寻到6 728个SSR位点,分布于6 367个Unigene中,SSR出现频率为3. 45%;重复类型以单、三、二核苷酸为主,分别占总SSR的35. 82%、33. 03%和25. 22%;重复基序以A/T、AT/AT、AG/CT、AGC/CTG、AAG/CTT为主;基序长度以10 20 bp的短序列SSR为主;基序重复次数以5～10次重复占优势;批量设计13 338对SSR引物。422个含SSR位点Unigene具有差异表达; KEGG富集分析发现,有11个含SSR位点的差异Unigene参与了光合作用、植物激素信号传导及类胡萝卜素合成等3个与干旱响应相关的代谢途径。[结论]从较高质量的马尾松转录组中获得101 806个具有注释的Unigene;从6 367个Unigene中挖掘出6 728个SSR位点; 422个含SSR位点的差异表达Unigene中筛选出11个与干旱关联的SSR功能位点,为抗旱功能基因定位及马尾松抗旱分子机制研究奠定基础。     

蕨类植物芒萁幼孢子体转录组高通量测序及特征分析

[目的]采用高通量测序技术Illumina Mi Seq250获得蕨类植物芒萁的孢子体转录组数据,以期为芒萁的生长、发育、代谢调控、微进化机制分析等提供重要的分子信息。[方法]应用生物信息学方法对测序获得的大量单基因簇(Unigene)进行基因功能注释、代谢途径及微卫星分析等。[结果]本研究共获得18 463 296条序列读取片段(reads),总碱基数为4.62Gbp序列信息,经序列组装最终得到63 169个Unigene,平均单条Unigene长度为863 bp,N50为1 587 bp,其中分布在200 500 bp长度区间Unigene占总数的55.4%。数据库中的序列同源性比较表明,26 826个Unigene与其他物种的已知基因具有不同程度的同源性。芒萁转录组中的Unigene根据GO功能大致可分为细胞组成、分子功能和生物学过程3大类47个分支,其中有大量的Unigene与细胞进程、绑定活性、代谢过程和催化活性相关。将Unigene与COG数据库进行比对,根据其功能大致可分为26类。以KEGG数据库作为参考,依据代谢途径可将Unigene定位到257个代谢途径分支。此外,利用MISA软件检索2 6碱基微卫星,共找到13 286个SSR。在不同长度微卫星中,三核苷重复数量最多,占总数的40.41%。在各重复基序类型中出现频率最高的为AG/CT(14.45%)与AAG/CTT(12.39%)。利用重复基序开发的多态性SSR标记,可应用于芒萁不同个体的基因型分型鉴定。[结论]本研究获得了较高质量的芒萁转录组数据库,揭示了芒萁孢子体生长发育过程中表达基因的功能总体特征,可为芒萁进一步的功能基因挖掘和分子标记规模化开发奠定基础。     

白蜡虫雄虫真蛹转录组分析

[目的]蛹期对于白蜡虫雄虫发育和交配具有重要意义,但目前缺乏对于白蜡虫真蛹基因转录情况的分析,本研究旨在获得白蜡虫真蛹转录组数据,了解其转录组特征。[方法]采用Illumina Hi Seq 2000进行高通量测序,并进行生物信息学分析;采用荧光定量PCR(qRT-PCR)检测3个热激蛋白基因(hsp)在不同虫态中的表达动态。[结果]共获得63 957条unigene、63 272个开放阅读框(ORF)、9 561个SSR分子标记,unigene平均长度674 bp,共有14 327条unigene获得了注释,Gene Ontology(GO)注释和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)注释分析表明,很多基因参与的功能与白蜡虫蛹期的生理特征吻合。[结论]该转录组数据为白蜡虫基因功能鉴定和蛋白组学分析研究奠定了数据基础。     

仁用杏花芽3个发育时期转录组表达谱研究

为给仁用杏分子育种提供理论依据,培育仁用杏晚花新品种,通过Illumina Hi SeqTM2000高通量测序——转录组测序(RNA-seq)技术,对采于花芽萌动前后3个发育时期的仁用杏花芽进行转录组测序。经组装分析获得43 469条unigenes;将所得到的unigenes与基因库数据进行比较,对unigenes进行功能注释,共22 874条unigenes获得功能注释,并预测出21 910条unigenes蛋白编码区;将3个发育时期仁用杏花芽的花转录组通过GO功能分类,将17 237条unigenes分别归类为46个GO Term;通过将所有unigenes与KOG数据库比对,共有8 379条unigenes与其它植物相似,归为26类,未知功能的unigenes有409条,预测这些基因为仁用杏的新基因;通过与KEGG数据库比对,共获得6 203条unigenes,参与259个代谢途径,其中与植物节律代谢通路相关的unigenes有33条。     

杨树抗黑斑病相关基因表达谱分析

利用黑斑病的高抗无性系美洲黑杨I-69及黑斑病的高感无性系欧美杨I-45为材料建立的2个cDNA文库,随机挑取cDNA克隆进行5'端EST序列测序,共获得有效序列20 023条.序列经聚类分析和拼接后,共获得10 816个Unigene,其中包括3 734个Contig,7 082个独立的Singleton.被注释的8 853个具有同源性匹配序列基因中,按照GO的分子功能、生物过程和细胞组分3个不同分类角度进行分类.在具有功能注释的8 853个Unigene中,选出330个与完成全基因组测序的毛果杨序列进行BLAST分析,结果发现有177个抗病相关候选基因出现在282个Unigene中,其中135个分布于杨树的18个不同连锁群上,其他42个基因位于还没定位的scaffolds上.所测定的这些EST序列为后期在基因组水平上研究杨树黑斑病的水平抗性遗传机制及进一步的相关基因发现奠定基础.

Abstract：

In an attempt to elucidate the molecular mechanism for resistance of black spot disease in poplar,gene expression profiles in leaves of Populus deltoides'Lus'(I-69/55)and P.euramericana'I-45/51',which were inoculated with the pathogen Marssonina brunnea f.sp.brunnea,were analyzed based on expressed sequence tags (ESTs).A total of 20 023 valid ESTs from the 5'terminal ends derived from corresponding cDNA libraries of the two poplar species were sequenced.Cluster analysis of the 20 023 sequences yielded 10 816 tentative unigenes,including 3 734 contigs and 7 082 singletons.All tentative unigenes were classified by Gene Ontology functional categories.To find resistance-associated candidate genes and locate them on poplar genome,330 unigenes was chosen from 8 853 annotated tentative unigenes,and their BLAST alignment was conducted with Populus trichocarpa assembly,1 77 related candidate resistant genes were found,and they presented in 282 unigenes.Among these genes,there were 1 35 genes located on 18 different linkage groups of poplar genome,and 42 genes located on the different scaffolds.This study supplied a resource of candidate genes for further exploring the genetic mechanism for the host horizontal resistance to the pathogen Marssonina brunnea at the whole genome range,and provided important information for further gene discovery.     

基于中麻黄萌发种子转录组的黄酮类化合物合成途径基因的挖掘

应用新一代高通量测序技术(Illumina Solexa),对中麻黄(Ephedra intermedin)同萌期的种子进行转录组测序,数据重头(denovo)组装后,共获得52 007条Unigene序列,总长为25 043 596 bp。COG功能注释、GO分类及KEGG代谢通路分析后,获得了64 751个GO功能注释,17 701个COG功能注释以及16 942个KEGG注释,并从KEGG通路中找到参与黄酮类化合物合成途径的关键基因片段283个,其中包含了查尔酮合酶基因、细胞色素相关基因和花青素还原酶等基因。中麻黄转录组测序工作的完成,极大地扩充了麻黄的基因资源,为麻黄属植物分子系统进化分析、抗性和药用功能基因的发掘与利用、遗传改良等研究奠定基础。     

滇东南濒危植物长梗杜鹃转录组微卫星特征分析

[目的]全面了解滇东南特有濒危植物长梗杜鹃转录组SSR位点的分布及序列特征,为长梗杜鹃的保护和合理开发利用提供遗传学资料,为同属植物及近缘种SSR标记的开发及遗传研究提供便利。[方法]利用Illumina Hiseq 4000高通量测序平台对长梗杜鹃叶片进行转录组测序,再通过MISA软件对测序所得Unigenes进行SSR位点的发掘和分析。[结果]发现含SSR的序列17 354条,共得到23 192个SSR,出现频率为31.30%,平均每3 kb出现1个SSR。二碱基和三碱基重复为长梗杜鹃SSR主要重复单元类型,分别占SSR总数的69.25%和15.07%,187种重复基元中,所占比例最高的是(AG/CT)n(62.01%),其次是(A/T)n(12.34%)、(AC/GT)n(4.52%)和(AAG/CTT)n(4.23%)。在SSR和CDS的交集基因中,共发现15 908个SSR位点,其中2 792个位于编码区,出现频率为0.076 SSR/kb,而非编码区为0.344 SSR/kb,在基因编码区中出现频率最高的是三碱基重复(1 356,48.57%)。在不同长度重复单元中,二碱基重复SSR长度变异程度最高,其次是单碱基重复。长梗杜鹃SSR的频率和长度呈显著负相关(P0.01),相关系数为-0.566。[结论]长梗杜鹃转录组SSR位点的出现频率高、分布密度大、基元类型丰富、重复次数较高、长片段较多,具有较高的多态性潜能,用于遗传分析的潜力很大,能满足该物种的保护遗传学研究。     

泡泡刺高通量转录组鉴定及其黄酮类代谢途径初步分析

[目的]为了更好的了解泡泡刺黄酮类生物合成途径及其潜在的抗逆作用,[方法]应用高通量RNA-seq测序技术对泡泡刺当年生新叶进行了转录组测序及相关生物信息学分析。[结果]表明:泡泡刺当年生叶中获得了13 013 444 total reads,总核苷酸数为1 171 209 960 bp(1.09 Gb),组装拼接后得到48 921条unigene序列;Nr、Swiss-Prot、COG、GO、KEGG等数据库分析显示,有30 407个Nr注释,19 671个Swissprot注释,9 273个COG功能注释,46 153个GO功能注释,13 654个KEGG注释,并从KEGG通路中找到参与黄酮类化合物合成途径的关键基因片段186个。[结论]本研究获得了较好的泡泡刺转录组序列信息,并且其中富含黄酮类化合物代谢途径的相关基因,这为其抗逆机制、药用价值的研究及开发利用提供宝贵资源。     

盐胁迫下比拉底白刺差异表达基因的转录组分析

[目的]为了挖掘比拉底白刺耐盐相关基因,对其盐胁迫下差异表达基因进行筛选分析。[方法]以比拉底白刺幼苗为材料,用200 mmol·L^-1 NaCl对幼苗处理7 d,并对胁迫处理和对照植株叶片进行转录组测序及生物信息学分析。[结果]有效序列组装共得到应答盐胁迫的168463条unigenes和196个差异表达基因。通过差异基因GO和KEGG功能聚类,分别获得64个GO功能小类和25条KEGG通路。进一步基因相互作用网络分析发现,转录调控、氧化还原以及抗逆相关基因在比拉底白刺应答盐胁迫中发挥重要作用,其中,筛选到3个重要的节点基因,分别是热激同源蛋白基因、L型凝集素类受体激酶基因和Win类蛋白基因。[结论]本研究获得了盐胁迫下比拉底白刺的差异表达基因及功能注释信息,有助于理解其耐盐的分子机制,为后续开发耐盐分子标记及通过基因编辑改良植物耐盐特性提供了科学依据。     

基于桤木属转录组测序的SSR分子标记的开发

[目的]基于转录组数据开发适用于桤木属树种的SSR标记,揭示其在转录组序列中的分布类型及特征,为桤木属树种分子标记辅助育种提供有利工具。[方法]利用Micro SAtellite(MISA)软件对所有转录组序列进行SSRs搜索,并对SSR位点的数量、分布特征进行统计分析。设计100对SSR引物,采用琼脂糖凝胶电泳和毛细管电泳分离检测方法对3种不同倍性桤木属植物(12份材料)进行遗传多样性检测,确定引物多态性及通用性。[结果]85 769条Unigenes序列中发现8 678个SSR位点,分布在8 298条Unigenes中发生频率为9.67%,转录组序列中平均每14.04 kb长度就有一个SSR位点分布。其中,二核苷酸重复类型数量最多,占65.87%。根据转录组Unigenes序列,利用Primer 3软件共设计出4 531对符合要求的引物,挑选出的100对SSR引物中,获得18对多态性高、稳定性好的SSR引物。[结论]本研究可扩增出多态性位点的引物重复单元以二、三核苷酸重复为主。基于桤木属转录组序列的SSR标记开发是可行的,开发的引物为桤木属遗传多样性分析、分子育种、遗传图谱构建和功能基因的挖掘提供了丰富的候选分子标记。     

白蜡虫热激蛋白序列分析

[目的]了解白蜡虫泌蜡高峰期所表达的热激蛋白及其序列特征。[方法]从白蜡虫转录组数据库筛选获得hsp10、hsp20、hsp40、hsp60、hsp70、hsp90基因序列,进行序列联配和进化树分析,并对hsp40、hsp60、hsp90基因在不同温度下mRNA相对表达量情况进行荧光定量PCR检测。[结果]从白蜡虫转录组数据库中共筛选出32条hsp基因序列,序列分析发现它们与目前已报道的序列具有很高一致性,大部分含有保守区域和特征序列,能够与同目昆虫基因聚为一支。hsp40、hsp60、hsp90基因均能被温度诱导。[结论]在白蜡虫泌蜡高峰期共鉴定到32个热激蛋白非重复序列基因(unigene):hsp10 unigene 3个,hsp20 unigene 1个,hsp40 unigene 11个,hsp60 unigene 1个,hsp70 unigene 13个,hsp90 unigene 3个。