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。     

黑果枸杞果实发育过程中转录组测序分析

【目的】研究黑果枸杞果实在不同发育阶段基因表达谱的变化情况,为进一步开展黑果枸杞果实发育过程中的分子生物学研究提供基础资料。【方法】以黑果枸杞果实发育过程中青果期、变色期和成熟期的果实为材料,利用新一代高通量测序技术平台Illumina Solexa进行转录组测序和数据de novo组装,并对得到的Unigene进行功能注释、分类及代谢通路分析。【结果】基于转录组测序数据得到N50值为1 743 bp及平均长度为1 262.65bp的黑果枸杞Unigene共有43 573条。在GO、KEGG、KOG、NR和SwissProt数据库上得到注释的Unigene总数为23 723条,占总Unigene的54.44%,有3 726条Unigene在这5个数据库中同时得以注释,但还有19 850个Unigene在这些数据库中没有得到注释。23 559条和17 212条Unigene分别在Nr和SwissProt数据库有同源比对信息。GO数据库中注释到的15 064个Unigene分为细胞组分、分子功能及生物学过程等3大类62个功能组。KOG数据库中注释到的13 128个Unigene功能系统分为25类,其中黄酮类代谢途径所属的Q类(次生代谢产物生物合成、运输和代谢)共获得了520个Unigene注释。以KEGG数据库为参考,将4 951个Unigene定位到215个代谢途径分支,其中有45个Unigene与类黄酮生物合成相关。在黑果枸杞果实转录组中发现16 815个SSR位点:最多的为单核苷酸SSR,占72.92%;最少的是6核苷酸,占0.04%。【结论】共得到43 573条Unigene,有23 723条Unigene在GO、KEGG、KOG、NR和SwissProt 5个数据库中得以注释,筛选出与类黄酮生物合成有关的Unigene 45个,这为与黑果枸杞果实品质有关基因筛选、克隆和功能分析等提供研究基础和理论依据。     

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。     

银杏转录组SSR位点分布及其序列特征分析

【目的】为了探究银杏叶片转录组中简单重复序列(Simple sequence repeats,SSR)的位点信息,以丰富银杏分子标记库,为日后银杏SSR分子标记的筛选和开发、SSR遗传多样性分析、遗传图谱构建和品种鉴定及种质资源保护奠定理论基础。【方法】利用Illumina HiSeq~(TM)2500高通量测序平台获得银杏叶片转录组数据,然后采用MicroSAtellite(MISA)软件对测序获得的299 373条Unigenes序列SSR位点的分布特征进行分析;再利用转录组数据开发SSR分子标记,对6份不同品种(单株)的银杏叶片材料进行扩增和筛选。【结果】通过组装得到了299 373条Unigenes序列,其总长为232 983.457 kb,其中,G+C的占比为42.82%。通过检测,共搜索到SSR位点17 821个,SSR位点的出现频率为5.95%,即平均长为13.07 kb的序列中就含有1个SSR位点,其中,有16 163条Unigenes序列含有1个以上的SSR位点;SSR位点重复类型中最主要的类型是二核苷酸和三核苷酸,分别占SSR位点总数的74.46%和23.37%,其中的AG/CT、AAG/TTC分别是二核苷酸、三核苷酸的优势重复单元,分别占SSR位点总数的31.19%和4.65%;对5种不同SSR位点重复类型的重复次数的统计结果表明,重复次数为5～11次的不同SSR位点类型占SSR位点总数的90.21%;基序长度为10～20 bp的SSR位点数占SSR位点总数的83.17%。利用6个不同品种(单株)的银杏叶片材料对所有引物进行筛选,得到了条带清晰、稳定且多态性好的引物。【结论】根据转录组测序数据中不同SSR位点的分析结果可知,转录组中SSR位点的出现频率相对较高、平均距离较短,说明转录组中SSR位点的数量和种类均较多。随着重复次数的增加,SSR位点的出现频率随之降低。重复次数和基序长度也都说明了转录组测序所得的SSR位点大部分具有多态性的潜能。试验筛选出了条带清晰、稳定且多态性好的引物,其不仅适用于后续的银杏遗传多样性分析,还可以用于银杏的遗传图谱构建和品种鉴定等方面的研究之中。     

基于油脂合成期油桐种仁转录组数据的α－亚麻酸代谢途径解析

【目的】油桐种仁中产出的桐油经济利用价值极高。桐油中α－桐酸的含量高达70%,然而植物体内α－桐酸代谢通路的研究还未见报道,这对直接筛选油桐α－桐酸代谢通路相关酶基因造成一定的困难。α－亚麻酸作为α－桐酸的同分异构体,其代谢通路的研究则较为深入,能为α－桐酸代谢通路的解析提供参考。因此,本研究期望在油桐种仁转录组数据的基础上,解析油桐的α－亚麻酸代谢途径,为油桐α－桐酸代谢机理的阐明提供理论参考。此外,通过调控这些基因的表达模式以及开发与之紧密连锁的分子标记,可大大加快油桐遗传改良和分子育种的进程。【方法】采用 RNA-Seq技术对油桐种仁3个不同油脂合成期的转录组进行比较,获得大量差异表达的Unigene,并将这些Unigene归类于128个代谢途径。在此基础上,通过GO分类和Pathway富集性分析,解析油桐α－亚麻酸代谢通路并分析通路中相关酶基因在油脂合成期的表达变化规律。【结果】通过对Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期的油桐种仁RNA测序,共获得长度为200～3000个核苷酸的非冗余Unigene序列58439条,其中能够比对到公共数据库中已知基因序列的 Unigene共有41059条,占所有非冗余基因的70.3%。不同长度的非冗余 Unigene序列与数据库中序列匹配的效率不同,越长的序列匹配效率越高。序列长度大于2000 bp的序列匹配效率达到98.28%,而500～1000 bp和100～500 bp的序列分别只有78.86%和48.99%的匹配效率。3个种仁油脂合成期的转录组数据中共有105个 Unigene可被富集于α－亚麻酸代谢途径,占所有非冗余 Unigene的0.47%。从3个转录组数据的两两比较中鉴别出一些差异表达Unigene,其中也有一些可被富集于α－亚麻酸代谢途径。通过在KEGG数据库中进行检索后发现,105个 Unigene序列分别对应于14个α－亚麻酸代谢途径关键酶基因,这些基因在其他物种中都有同源基因与之对应。通过基因表达模式分析发现,整体上与合成代谢相关的基因在油脂合成期呈现上调的表达模式,而与分解代谢相关的基因则呈现下调的表达模式。【结论】在油桐种仁转录组数据的基础上,解析油桐α－亚麻酸代谢途径,获得与α－亚麻酸代谢相关的重要酶基因并分析它们在油脂合成期的表达模式,这对后续研究具有重要的启示作用。     

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。     

基于马尾松转录组测序的产脂相关SNPs初步分析

为明确与产脂紧密相关的SNP分子标记在马尾松(Pinus massoniana)育种中的适用性,加快产脂性状遗传改良,基于马尾松高产脂无性系与普通产脂无性系3个组织(顶芽、针叶和韧皮部)的转录对数据进行基因表达分析,并开发ESTSNP标记,为产脂性状的分子标记辅助选择提供适合标记。通过对2 329个差异表达序列进行筛选,在374条Unigene中检索到2 192个SNP位点。韧皮部独有、针叶与韧皮部共有及3个组织共有的Unigene 125条。转换和颠换分别占61.59%和38.41%。通过GO分类,参与生物过程、细胞成分和分子功能的Unigene分别为93、49和92条;在KEGG注释中,新陈代谢通路的Unigene最多,有21条。数据显示GO分类和KEGG通路的注释结果一致,相关基因主要参与代谢过程。进一步开发SNP标记,可为马尾松产脂性状候选基因关联分析提供理想工具。     

基于转录组序列的楠木SSR分子标记开发

【目的】通过对楠木转录组数据的分析,开发楠木SSR分子标记技术,为楠木遗传多样性分析和资源保护提供保障。【方法】将楠木高通量转录组测序获得的67 331条Unigene进行简单重复序列(SSR)位点挖掘和分析,并结合引物验证,初步证明其可行性。【结果】通过软件分析,共获得9 405个SSR位点,出现频率为13.97%,涉及序列数量为6 667条,发生频率为9.90%。SSR序列中包括166种重复基元类型,其中,单核苷酸、二核苷酸和三核苷酸为优势重复类型,SSR位点数分别为3 890(41.36%),2 885(30.68%),2 489(26.46%)。SSR位点重复次数差别较大,其中重复10次比例最高,SSR位点数为1 621(17.24%),其次是5次(1 549,16.47%)和6次(1 495,15.90%)。主导重复基元类型为A/T(40.67%),AG/CT(27.59%),AAG/CTT(11.29%)。运用多态性分析的方式初步验证了SSR位点在楠木标记中的可行性。同时,利用Primer 3.0进行引物设计,随机筛选18对进行验证,9对引物可以扩增出预期大小的条带。【结论】通过对楠木高通量转录组序列的SSR信息的研究,获得6 667条SSR序列,主导重复类型为A/T,AG/CT和AAG/CTT。同时随机挑选18对引物对SSR分子标记方法进行验证。本文对楠木SSR标记的研究将有助于楠木基因挖掘、分子标记育种和资源保护。     

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。     

油茶花发育转录组测序及相关基因表达分析

通过对油茶成花过程的转录组测序及其成花相关基因的表达分析,结果表明：转录组测序总共获得28448847个 reads,5742023480 bp 数据量,GC 含量为46.52%;拼接成大于200 bp 以上的 Unigenes 有94476条,N50长度为806 bp,其中1 kbp以上的Unigenes 共12643条,占Unigene总数的13.38%; Unigenes 在各数据库中功能注释数目,在 COG中有9095条,在 GO中有27201条,在 KEGG中有6431条,在 Swissprot中有24534条,在TrEMBL中有36393条,在Nr中有36400条,在Nt中有30858条;茎尖中FLC,FCA和FT基因表达量较 AP1,AP2和 PI 基因低,FT基因( ID：Unigene60063)是油茶成花的关键基因,PI 基因( ID：Unigene56059)与雄蕊发育关系紧密。