大麦苗期耐低氮性研究

利用耐低氮差异大麦品种来研究苗期氮代谢相关基因的转录调控,结果发现,大麦地上部和根对低氮胁迫的响应具有差异,低氮胁迫对大麦苗期生长的抑制主要体现在地上部,硝酸还原酶基因HvNIA2、叶绿体型谷氨酰氨合成酶基因HvGS2和铁氧化还原蛋白依赖型谷氨酸合酶基因HvGLU2在耐低氮大麦品种BI-04地上部特异上调表达,HvGLU2在BI-04根部特异上调表达,HvGS2在2个大麦品种根部都上调表达,而在BI-04中反应更快。虽然天冬酰胺合成酶基因HvASN1在2个大麦品种地上部都下调表达,但其在低氮敏感品种BI-45中,低氮胁迫24 h后就很难被检测到。以上结果表明,这些基因在大麦苗期耐低氮中可能起着重要的作用。为了提高大麦耐低氮中定量PCR检测的准确性,除了考虑好试验设计、计算方法和统计分析外,进一步对内参基因的选择进行了筛选。以转录组测序中基因表达没有差异的基因和常用内参基因作为候选内参基因,利用ge Norm、Norm Finder和Best Keeper 3种软件对低氮胁迫处理大麦幼苗地上部样品进行了内参基因筛选研究,其中ge Norm软件不但可以确定最佳内参基因,还可以确定内参基因最少使用个数。尽管3种软件的筛选结果不尽相同,但是β-TUB6和GAPDH1都被认为是前3个最稳定的内参基因。另外,因为部分候选内参基因用了RNA-seq中没有差异的基因,此次筛选也从侧面部分验证了RNA-seq的准确性。     

干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

基于RNA-seq技术分析野生大麦穗部发育基因的表达谱及其转录动态

为明确野生大麦穗部发育过程中基因表达的动态变化,以来自以色列的野生大麦Mehula 1-2为材料,对其在穗部发育的4个关键时期（开花后3、8、13和18 d)进行RNA-seq分析,并与栽培大麦穗部的基因表达谱进行了比较。结果表明,在野生大麦穗发育的4个时间点共鉴定到17 163个基因,其中11 273个为差异表达基因,包括635个转录因子相关基因;功能富集分析表明,这些差异基因主要富集到物质合成、代谢过程、物质运输、抗逆等相关过程或通路上;野生大麦和栽培大麦穗部基因的表达谱比较分析发现,两者共同表达的基因显著富集到细胞器、催化、代谢、调节及抗逆等相关通路上,而在特异表达基因方面,栽培大麦主要集中于甲基转移酶、次生壁生物合成、核糖体蛋白等相关基因,野生大麦主要集中于逆境抗性、花青素合成、钙调蛋白等相关基因。本研究发掘的与穗部发育相关的关键基因,丰富了大麦穗部遗传改良基因资源,为进一步解析野生大麦穗部发育关键基因的表达特性和调控机制奠定了基础。     

甘蓝型油菜耐湿性的遗传差异鉴定

9个不同遗传背景的甘蓝型油菜品种（系）在室内进行发芽种子水淹和春季田间模拟湿害条件下，研究油菜对湿害胁迫的耐湿遗传差异。结果表明，不同油菜品种（系）对湿害具有较大的遗传差异。发芽种子湿害胁迫后，耐湿品种中双8号和中双9号等品系（种）具有较强的耐湿性，表现为发芽湿害处理后活力指数、成苗率、相对苗长、相对根长和相对苗重等显著较高，田间湿害后单株有效果数、每角粒数和单株粒重的降低程度显著低于其他品种，而且千粒重显著提高，含油量和蛋白质变化不显著。不耐湿的品种如GH01等活力指数、相对苗长、相对苗重、单株粒重、每角粒数含油量等显著降低，蛋白质含量显著提高。相关分析表明，发芽种子耐湿活力指数与花期田间湿害后的产量性状耐湿指标具有显著或极显著的相关关系。     

水稻幼穗响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐盐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,是提高水稻耐盐性的重要途径之一。本研究以实验室自主选育的耐盐性不同的水稻品系58M和58L为材料,用0.6% NaCl处理0、6、24 h后收集水稻的幼穗,并进行转录组测序研究。结果发现,以0 h的幼穗为对照,58M品系在盐胁迫6 h后检测到表达上调基因1483个,下调基因1085个;盐胁迫24 h后上调基因937个,下调基因459个。58L品系在盐胁迫6 h后有931个基因上调,2614个下调基因;盐胁迫24 h后有930个基因上调,1299个下调基因。通过韦恩图分析发现,盐胁迫6 h后有178个基因在58M品系中上调,在58L中下调;盐胁迫24 h后有30个基因在58M品系中上调,在58L中下调。将这208个目标基因进行GO功能富集分析与KEGG pathway分析,GO分析发现,这些差异基因在生物学过程、细胞组分和分子功能3个主类中,分别占40.43%、31.56%和28.01%;KEGG Pathway分析结果表明,这些差异基因显著富集的通路包括二萜类生物合成、氨基酸糖与核苷酸糖代谢、苯丙烷生物合成、生物素代谢、代谢通路、次生代谢产物的生物合成、α-亚麻酸代谢、脂肪酸生物合成和不饱和脂肪酸的生物合成等。另外,通过对目标基因的挖掘共发现5个重要的转录因子。本研究通过水稻幼穗转录组分析,为研究幼穗耐盐分子机制提供参考。     

大麦耐湿性的SSR标记与初步定位研究

湿害是严重影响大麦生产的重要因素之一,目前关于湿害基因的分子标记研究还较少。以耐湿大麦品种Stiring和不耐湿的大麦品种京裸11为亲本构建F2群体,对亲本及F2单株进行耐湿性鉴定,结果表明,倒二叶的叶绿素含量可作为耐湿性的鉴定指标。选择极端耐湿和不耐湿的F2单株组成耐湿、感湿两个池,利用73对引物对其进行PCR扩增检测多态性,结果发现引物WMC1E8在两亲本和两池间均检测出多态性。利用群体进行分析,表明WMC1E8标记位点与耐湿性相关极显著,可解释耐湿性表型变异的29.91%,初步可以认定该位点位于大麦第一染色体上。     

大麦在网斑病菌侵染后的转录组学分析

近年来，由子囊菌亚门真菌网斑病菌(Pyrenophora teres)引起的大麦网斑病在我国大麦（Hordeum vulgare L.)主产区大面积发生并流行，导致大麦产量和品质下降。为探索大麦响应网斑菌侵染的分子机制，以抗网斑病种质材料BYT-CYA3（B）和敏感型材料美41/I（M）为研究对象，利用转录组测序技术（RNA-Sep），分析了2个材料在接种网斑病菌后不同时间点的基因表达差异。结果表明，对比网斑病菌侵染后不同时间点的转录组测序数据，共鉴定出35 545个差异表达基因；网斑病侵染大麦3 h、6 h、12 h、24 h和72 h时，抗病材料与敏感型材料间富集到GO和KEGG途径的差异表达基因数目有明显区别；共获得435个网斑病菌侵染诱导表达基因；共筛选出182个主要参与过氧化物酶体（peroxisome）、代谢途径（metabolic pathways）、MAPK信号传导途径-植物（MAPK signaling pathway-plant）、植物-病原体相互作用（plant-pathogen）、植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）、次生代谢物生物合成（biosynthesis of secondary metabolites）等生物学过程的差异表达基因，推测这些基因与大麦响应网斑病菌侵染有关。随机从中选取10个基因进行了荧光定量PCR检测，并对其转录组测序结果进行定量分析，发现荧光定量PCR结果与转录结果趋势一致。本试验从分子水平初步探索了大麦对网斑病菌侵染的响应机制，为深入研究抗病基因提供了候选基因。     

PEG模拟干旱胁迫下野生大豆转录组分析

为研究耐旱型野生大豆在干旱胁迫下基因表达谱的变化,从备选野生大豆材料中筛选抗旱性强的野生大豆品种,同时探讨最适PEG胁迫浓度,而后以野生大豆永46为试验材料,利用RNA-seq技术对20%PEG6000处理不同时间的叶片进行基因表达谱差异分析。结果显示:获得39 183个序列信息,其中各时期共有序列27 875个。随干旱胁迫时间延长,差异表达基因数量发生变化,胁迫12 h达到最多。根据GO功能分析可将序列大致分为分子功能、细胞成分和生物学过程三大类,其差异表达基因广泛涉及糖、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子代谢、能量代谢以及次生代谢过程。在KEGG数据库中,依据代谢途径可将其定位在127个分支,包括植物-病原体互作、植物激素信号转导、RNA降解、ABC转运蛋白等,其中植物激素信号转导途径在不同时间处理下的变化都显著。转录因子分析发现在干旱胁迫下变化明显的转录因子家族包括MYB、bHLH、AP2\EREBP、WRKY和NAC等。对4个不同功能基因干旱胁迫后不同时间的表达量进行荧光定量分析,其变化趋势与转录组数据相同。     

利用转录组测序对不同贮藏温度处理玉米种子的苗期差异表达基因分析

利用常温与低温贮藏3个月的玉米杂交种种子进行标准发芽试验,取发芽7 d玉米幼苗进行转录组测序分析,通过GO、KOG、KEGG数据库分析处理差异表达基因的功能和参与的调控路径。以常温贮藏处理为参考,对转录组测序数据进行比较,低温贮藏处理共获得35个差异表达基因,其中上调基因28个、下调基因7个。在GO功能注释分析中,有26个差异基因被注释,可为分为18个功能分类。KOG功能注释分析发现,这些差异表达基因共获得19个功能注释,涉及到8个功能类别。KEGG通路分析发现,共有23个差异表达基因注释到13个代谢通路中,其中,谷胱甘肽代谢、抗坏血酸和肌醇代谢、甘油磷脂代谢等通路显著富集。低温贮藏处理玉米种子活力指数显著高于常温贮藏处理。通过两个处理转录组分析,RNA-seq数据揭示,谷胱甘肽、抗坏血酸和肌醇、甘油磷脂等中涉及的基因优先表达于低温贮藏处理中,表明LTS可以促进谷胱甘肽代谢,从而提高植物抗氧化性,同时可以提高玉米抗逆性。     

五指毛桃转录组及黄酮类化合物生物合成关键基因分析

五指毛桃含有香豆素类、黄酮类等化学成分,具有抗炎、抑菌、抗病毒和肿瘤的药用价值。但是,其转录组和功能基因组等分子水平的研究较少报道。本研究首次采用RNA-seq高通量测序技术对五指毛桃的根、茎和叶进行转录组测序,共获得104 335条unigenes,平均长度为578 bp,有62 142条unigenes被注释到Nr、GO、Swiss-Prot、KEGG和KOG等数据库中,根据同源序列比对发现五指毛桃与川桑的同源性最高。通过比较五指毛桃不同组织部位的转录组测序结果,发现Leaf_vs_Root、Root_vs_Stem、Stem_vs_Leaf分别有1363、624和1006个差异表达的基因在KEGG途径显著富集,主要富集在植物信号转导、植物MAPK信号通路、黄酮类生物合成等代谢途径。进一步分析参与植物黄酮类生物合成途径中的差异表达基因,发现有16个差异表达的基因参与该代谢途径,主要在叶和茎中高表达,运用RT-qPCR对黄酮类化合物生物合成途径中9个关键基因的表达量进行验证,发现定量结果与RNA-seq数据一致,大部分基因都在五指毛桃茎和叶片中高表达,因此五指毛桃幼苗黄酮类化合物主要积累在叶片和茎中,这与民间主要以根茎作为药用部位存在差异,主要原因可能是与五指毛桃生长年龄有关。以上的研究结果为五指毛桃分子生物学的研究奠定基础,并为其活性成分的生物合成调控、栽培技术等提供参考依据。     

营养生长期持续高温处理对玉米叶片转录组及生化指标的影响

以玉米杂交种郑单958和登海605为材料,通过转录组测序分析玉米营养生长期叶片受热胁迫后基因差异表达、基因功能富集和KEGG通路富集,使用微量法和HPLC法分析叶片中相关生化指标的变化。结果表明,高温胁迫会降低光合作用关键酶二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和三羧酸循环限速酶柠檬酸合酶(CS)的活力,升高丙二醛(MDA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)的含量,降低水杨酸(SA)的含量。与常温对照比,玉米营养生长期叶片受热胁迫后,两个品种4个比较组合累计检测到16 996个差异表达的基因,共同差异表达的基因有1 160个。光合作用、细胞代谢、叶绿体膜和质体膜等相关基因的表达会响应热胁迫。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

采后黄瓜响应低温胁迫的转录组学分析

采后黄瓜对低温敏感，在低温贮藏期间很容易发生冷害，会造成较大的采后损失。本研究采用转录组测序结合生物信息学分析的方法，分析了采后黄瓜在短时冷害温度处理后的转录组变化。结果显示，采后黄瓜在5℃贮藏期间，冷害指数和相对电导率逐渐增加，叶绿素荧光逐渐降低，表明采后黄瓜在5℃贮藏期间产生了明显的冷害。与处理前相比（0 h），处理12 h导致1500个基因差异表达，其中706个基因表达上调，794个基因表达下调。与0 h相比，处理72 h导致7799个基因差异表达，其中3995个基因表达上调，3804个基因表达下调。KEGG富集结果显示，低温处理导致的差异表达基因显著富集在植物激素信号转导、苯丙氨酸代谢、植物与病原菌互作和苯丙烷素合成途径中。GO富集分析的结果显示，在生物过程分类下，差异表达基因主要参与以DNA为模板的转录调控、蛋白磷酸化和跨膜转运等过程；在细胞组份分类下，差异表达基因主要富集在细胞膜组份和细胞核；在分子功能分类下，差异表达基因主要与ATP结合、蛋白苏氨酸/丝氨酸激酶活性、DNA结合和转录因子活性等功能有关。在低温处理12 h时，与激素信号有关的基因显著表达。但在低温处理72 h...     

小麦条锈菌鉴别寄主中4抗条锈性的转录组学分析

为解析中4的抗条锈性分子机制,通过转录组测序,以侵染0 h为对照,分析条锈菌侵染12、24和48 h后差异基因的表达情况。结果共获得5 151个持续上调表达差异基因,其中,4 482个基因获得定位信息（A、B、D染色体组各占30.75%、35.27%、33.98%）,669个为新基因（无法确定其染色体位置）。GO功能注释分类将这些基因分成3大类46个亚类,主要涉及催化活性、转运活性、细胞部件、细胞、细胞器、代谢过程、细胞过程、单有机过程等;KEGG通路分析结果显示,获得定位信息的上调表达差异基因主要涉及剪接体、苯丙氨酸代谢、过氧化物酶体、半乳糖和氨基酸代谢等通路;新基因主要涉及糖的合成与代谢、氨基酸的代谢等通路。植物与病原菌互作通路共发现33个持续上调表达差异基因,编码抗病蛋白、MLO类蛋白、NAC和WRKY转录因子等。本研究结果为进一步解析中4抗条锈病的作用机制奠定了基础。     

小麦品种西农979抗赤霉病基因的转录组测序鉴定

小麦品种西农979对赤霉病具有较好的抗性。为了发掘西农979的抗赤霉病基因,本研究采用禾谷镰刀菌菌株BN-8分别接种抗病品种西农979与感病品种周麦18,取接种前西农979颖壳及接种后12、24和96 h的西农979与周麦18颖壳进行转录组分析,筛选抗感赤霉病差异表达基因,并对其进行GO功能注释及KEGG富集分析。结果表明,接种后12、24和96 h各出现14、1 978和142个差异表达基因,共计2 122个基因。这些基因经GO功能注释分类分成3大类43个亚类,主要涉及代谢过程、细胞过程、应激反应、生物调控、细胞部件、细胞、催化活性、结合、转运活性等。KEGG通路分析结果显示,内质网中的蛋白质加工通路中差异基因最多,有48个;其次是光合作用—天线蛋白通路及淀粉和蔗糖代谢通路,各含41和30个差异基因;显著富集的通路有光合作用—天线蛋白、内质网中的蛋白质加工、萜骨架的生物合成等。植物激素信号转导通路中发现27个差异基因,参与脱落酸和茉莉酸等路径;植物-病原体互作通路中发现19个差异基因,编码钙结合蛋白、WRKY转录因子、抗病蛋白等。此外,还筛选到UDP-葡萄糖基转移酶基因等脱毒相关蛋白基因。     

大麦耐湿性的鉴定

在2001～2002年度对500份大麦种质资源耐湿性大田鉴定的基础上,2002年对其中12份耐湿性较好品种及10份耐湿性较差品种的耐湿性进行了水池鉴定。鉴定结果认为:大麦品种受湿害的程度与鉴定的条件(土壤保水性能、肥力)有关。在鉴定不同品种的耐湿性的差异时,应同时考虑各性状的绝对受湿值和相对受湿率,并以相对受湿率作为主要评价指标。22个品种在两年不同条件下的耐湿性鉴定结果基本一致,以浙农大3号和苏农16的耐湿性最好,耐湿性最差的品种为Araphes、Kapator、Lara等品种,7204(英)、余姚向天二棱的耐湿性需进一步进行鉴定。     

水稻萌发期激素信号转导和谷胱甘肽代谢转录分析

【目的】利用转录组测序技术,探究水稻萌发过程中激素信号转导和细胞内部氧化还原平衡的调控机理,以期增加对萌发过程中复杂调控机制的理解,促进萌发期基因组转录调控网络的构建,并挖掘调控种子萌发的相关基因,为水稻直播稻新品种选育提供理论参考。【方法】利用萌发0、24和48 h的种子进行动态转录组测序分析,以差异倍数≥2、错误发现率≤0.05为阈值筛选差异基因,并利用Gene Ontology(GO)和KEGG Pathway数据库对萌发不同阶段的差异基因进行分析注释;同时利用实时荧光定量PCR对测序结果进行验证;最后运用String蛋白互作数据库以combined_score≥0.9为阈值分析差异基因的蛋白互作网络。【结果】在种子萌发前期鉴定到8719个差异基因,而在萌发后期仅鉴定到3480个。GO和KEGG富集结果均显示与激素信号转导相关的基因主要在萌发前期被诱导,特别是生长素信号转导途径中的GH3家族基因在萌发前期均受到显著诱导;而谷胱甘肽代谢途径中的基因在萌发后期转录更为活跃,其中谷胱甘肽-S-转移酶基因富集最多。此外,两个异柠檬酸脱氢酶基因在萌发过程中被显著诱导,经蛋白互作预测发现两个异柠檬酸脱氢酶基因与GH3家族基因可能存在相互作用。【结论】在种子萌发前期,生长素信号转导途径中的GH3家族基因可能在减弱生长素信号以及降低生长素活性方面发挥着重要作用,其高表达能降低生长素对种子的休眠作用,促进萌发启动;在种子萌发后期,谷胱甘肽代谢途径中的谷胱甘肽-S-转移酶基因可能在细胞抵抗氧化胁迫中发挥主要作用;此外,在整个萌发过程中,GH3和异柠檬酸脱氢酶家族基因的相互作用可能在实现激素转导途径和谷胱甘肽代谢途径的交互串联作用、共同调控种子萌发方面具有重要意义。     

玉米苗期根部比较转录组分析揭示耐盐性差异机制

以耐盐自交系郑58和盐敏感自交系昌7-2为材料，分析供试材料在无胁迫(CK)和200 mmol/L NaCl溶液胁迫下5 h的转录组数据。与无胁迫(CK)相比较，在郑58和昌7-2分别鉴定出390和421个上调、390和421个下调差异基因。对耐感材料间共同上调和郑58特有上调DEGs进行GO富集、REVIGO分析和KEGG富集分析以及重点通路分析结果表明：郑58和昌7-2间共同上调DEGs显著富集的条目包括对活性氧代谢过程的调节、内质网应激反应等GO条目；郑58特有上调显著富集含氧化合物的反应、对化学物质的反应等GO条目。共同上调DEGs仅在共单萜生物合成的代谢通路上显著富集；郑58特有上调DEGs在植物激素信号转导、苯丙烷生物合成等6个通路上显著富集。在植物激素信号转导、苯丙烷生物合成两个通路上分别有9和7个相关基因，耐盐自交系郑58上调的转录因子在MYB和NAC家族分布数量较多。植物激素信号转导、苯丙烷生物合成通路相关的基因以及MYB和NAC家族基因可能与玉米耐盐性密切相关。