综合代谢组学和转录组学分析揭示火龙果不同发育阶段的潜在颜色变化

火龙果的发育可分为幼果期(Y)、转色期(C)和成熟期(M).本研究综合运用代谢组学和转录组学分析方法,探讨火龙果发育过程中理化和结构变化的分子机制,特别关注调节果皮和果肉颜色变化的因素.本研究在每个对照组中发现了大量差异表达的基因和代谢物.在火龙果不同发育阶段观察到大量的生化和生理变化,鉴定出214种代谢物.KEGG分...     

基于加权关联网络分析的辣椒（Capsicum annuum L.）果实颜色转变相关基因的鉴定

辣椒属于茄科（Solanaceae）辣椒属（Capsicum L.）一年生或多年生植物,其播种面积和产值在中国均居蔬菜首位。果色是辣椒众多经济性状中最直观的性状之一,直接影响人们的购买选择。辣椒果色受多种因素调控,相关色素生物合成的分子调控还需进一步解析。本研究以果实发育过程中呈现5种颜色的辣椒种质HNCA0076为实验材料,进行了生理检测、转录组测序以及WGCNA分析。在果实5个不同颜色时期,叶绿素含量变化较大,类胡萝卜素含量整体呈现递增趋势,类黄酮含量无明显变化,花色苷含量在紫色果期后逐渐降低,橙色果期后又逐渐升高。RNA测序数据质量满足进一步分析要求。4个转色期的上调（下调）表达基因数分别为826（276）、390（588）、1248（1800）和1528（2485）,随着果实的逐步发育,相邻比较组合中的差异基因的数量逐渐增加。差异表达基因经GO富集分析,主要集中在分子功能中的四吡咯结合、血红素结合、转移酶活性、氧化还原酶活性、铁离子结合和水解酶活性等过程;KEGG富集分析主要富集在类胡萝卜素生物合成、类黄酮生物合成和淀粉、蔗糖代谢等信号通路,其中类胡萝卜素代谢途径的3个基因在紫色时期向黄色时期的转变过程中表达上调,类黄酮代谢途径的11个基因在黄色时期向红色时期的转变过程中表达下调。4个对比组合差异基因分别注释到8877、8736、8689、8573个转录因子,共同注释到8049个转录因子,包括AP2、F-box、MYB和UDPGT等类型。利用非冗余的差异表达基因进行了加权关联网络分析,关联到4个与叶绿素、类胡萝卜素、花色苷、类黄酮含量相关的模块,进一步分析表明p450（LOC107859314）、Pkinase（LOC107839192、LOC107875415）、F-box（LOC107863894）和zf-MYND（LOC107852593）等29个转录因子可能参与辣椒果实转色的调控。本研究为进一步探索辣椒果实色素形成过程中的关键调控因子以及分析相关色素生物合成的调控提供了重要数据。     

基于转录组测序的火龙果果肉不同发育时期淀粉和蔗糖代谢途径相关基因差异表达分析

采用Illumina Novaseq 6000测序技术对火龙果果肉3个时期（幼果期、转色期、成熟期）的样品进行转录组测序,对获得的Unigene进行7大数据库注释,共有3617个Unigene成功注释在所有数据库中,进一步筛选与淀粉和蔗糖代谢途径相关的5个酶基因并进行实时荧光定量PCR（qPCR）基因表达验证。结果表明：转录组测序共得到115 193条转录本和47 855条Unigene,N50为2000。GO功能富集分析结果表明,18 582个Unigene在GO功能注释中被分为生物过程、细胞组成及分子功能3大类。KOG功能分类结果表明,6203个Unigene在KOG注释中被分为25个组,其中翻译后修饰、蛋白质周转、伴侣包含的Unigene最多,共854个。KEGG代谢通路注释结果表明,6554个Unigene获得功能注释,共有119条代谢途径,其中碳水化合物代谢所占比例最高。筛选出UGP2、glgC、glgA、Cluster-12747.5831、Cluster-12747.16617等5个参与淀粉和蔗糖代谢合成途径的关键酶基因,qPCR检测表达水平与转录组测序结果一致。     

柚芽变株系类胡萝卜素代谢差异基因的转录组学分析

为了研究‘琯溪蜜柚’果实红肉突变株系类胡萝卜素代谢和芽变的分子机制,本研究以‘琯溪蜜柚’及其芽变一代品种‘红肉蜜柚’和芽变二代品种‘三红蜜柚’果实为材料,使用RNA-seq技术研究3个品种3个发育时期果肉类胡萝卜素的代谢。经生物信息学分析,共筛选出参与类胡萝卜素生物合成显著差异表达的10个基因,分别为八氢番茄红素合成酶基因（PSY）、六氢番茄红素脱氢酶基因（ZDS）、类胡萝卜素异构酶基因（CRTISO1、CRTISO2）、紫黄质脱环氧酶基因（NPQ1）、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶基因（NCED3、NCED5）、脱落醛氧化酶基因（AAO3）、ABA 8’-羟化酶基因（CYP707A1）、类胡萝卜素裂解双加氧酶基因（CCD4）。共表达分析揭示了7个家族转录因子的表达模式与类胡萝卜素合成基因高度相关,分别为MADS、bZIP、bHLH、MYB、AP2/ERF、NAC和WRKY。通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）验证了部分基因的表达模式,结果与RNA-seq结果高度一致。此外,经对‘红肉蜜柚’果肉转色期的初生和次生代谢通路DEGs富集分析,发现类胡萝卜素的积累过程中,细胞壁、脂质、类黄酮代谢差异基因大量富集。研究结果揭示,‘琯溪蜜柚’果实红肉突变品种‘红肉蜜柚’和‘三红蜜柚’果实类胡萝卜素的形成和积累,是由类胡萝卜素的代谢相关酶基因差异表达和转录因子调控引起的;在果肉红色芽变的同时,伴随着与汁胞粒化相关的基因突变。这对进一步开展柚子果实类胡萝卜素的形成与积累、汁胞粒化研究,为解析柚果实不同颜色突变、汁胞粒化的机制有重要参考价值。     

番木瓜ζ-胡萝卜素脱氢酶基因时空表达的荧光定量PCR分析

ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)是类胡萝卜索生物合成过程中的关键酶之一,它催化ζ-胡萝卜素转化成链孢红索,并催化链孢红素向番茄红素的转化.ZDS是限速酶,在植物果实颜色和花色发育过程中起着重要作用.本研究以番木瓜黄果品种DwaIf solo和红果品种Sunrlse solo为材料,采用实时荧光定量PCR SYBR Green I荧光染料法,对2个番木瓜品种的不同组织器官及果实发育成熟过程中的ZDS基因在转录水平上的表达进行了相对定量分析.结果表明,2个番木瓜品种的果实、花、叶片中均可检测到ZDS基因在转录水平上的表达,但表达量存在组织和部位上的差异.ZDS基因在成熟果实中的表达量比花中的高,花中的比叶中的高.ZDS基因在Sunrise solo (红果肉)番木瓜果实发育成熟过程中的表达逐渐增强,且变化显著,而在Dwarf solo(黄果肉)番木瓜果实早期表达增强,成熟后期则表达趋为稳定.2个番木瓜品种成熟果肉中ZDS基因表达量存在差异,红果肉中的表达量高于黄果肉.     

油棕果实发育和采后脂肪酸合成转录代谢差异分析

油棕（Elaeis guineensis Jacq.）是世界上生产效率最高的产油植物,果实发育是形成产量的基础,但采收24 h后会出现酸败现象,严重影响棕榈油品质,目前对果肉发育和采后的游离脂肪酸代谢物合成差异的关键调控基因及途径尚未明确。本研究以油棕果实为实验材料,果实取自授粉后95 d(MS1)﹑125 d(MS2)、185 d(MS3)、采收后24 h(MS4)、采收后36h(MS5)5个时期。采用第二代高通量转录组学技术（RNA-Seq）和液相色谱串联质谱代谢组学技术（LC-MS/MS）,对其发育和采后的果实进行转录组和代谢组测定与分析。结果表明：无籽种油棕在脂肪酸积累中后期不饱和脂肪酸显著高于饱和脂肪酸,在油棕果实发育过程中,LACS4、LACS4-X1、FATA、FATB、KASⅠ、KASⅡ、SAD1在果肉中高表达且与果肉中油酸、亚油酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、亚麻酸呈正相关关系,DGAT、PDAT在果肉中高表达且与上述6种脂肪酸含量呈负相关关系,说明上述酶基因的表达可能对油棕果实脂肪酸的合成和累积分别具有促进和抑制作用,推测LACS4、LACS4-X1、FATA、FAT...     

水稻幼穗响应稻曲病菌毒素胁迫早期的转录组分析

【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病不仅造成水稻减产,而且还会产生对动物和植物有毒的真菌毒素。探明水稻幼穗对稻曲病菌毒素胁迫响应的分子机制,可为发掘水稻抗稻曲病基因以及抗病分子育种开辟新的思路。【方法】用稻曲病菌毒素处理水稻幼穗,采用转录组测序技术对水稻幼穗进行转录组测序,以水稻9311基因组作为参考基因组进行对比,利用TPM法计算基因表达量,设定参数（差异倍数的绝对值不小于2,且q值不大于0.05）筛选差异表达基因。结合基因差异表达分析、富集功能分析,鉴定水稻响应胁迫的关键基因,并利用实时荧光定量PCR技术对差异表达基因进行验证。【结果】在稻曲病菌毒素胁迫12 h后,水稻幼穗出现2526个差异表达基因（DEG）;通过GO富集、KEGG代谢途经和KOG功能分析,将差异基因划分为GO功能下的64个条目、32个代谢途径和KOG功能下23个类别,包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等生物学过程。DEG中有66个植物转录因子,分属7种植物转录因子家族,包括WRKY和Myb两大转录因子。分析二萜类生物合成与淀粉和蔗糖代谢途径相关基因发现,OsCPS2、OsKSL4和细胞色素P450等基因表达量上调,而淀粉酶、β-呋喃果糖苷酶和UDP-焦磷酸化酶等基因表达量下调,推测这些基因在水稻响应稻曲病菌毒素胁迫时发挥重要的作用。【结论】稻曲病菌毒素作为非生物胁迫因素对水稻幼穗具有毒性;通过干扰淀粉和蔗糖代谢等途径而影响种子营养物质的合成,降低水稻抵抗病原菌侵染水稻的能力。     

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。     

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...     

槟榔不同发育时期果实转录组特征分析

槟榔（Areca catechu L.）果实是四大南药之一。槟榔果的研究主要集中在生理生化、生防菌、有效成分及药理、加工和利用等方面,对槟榔果的发育及其次生物质形成的分子机制尚不清楚。本研究对不同发育时期的槟榔果皮和果核进行转录组测序,鉴定槟榔果不同发育时期的关键基因,以探讨果实发育相关基因的表达特征及次生物质形成有关的基因调控。结果显示,槟榔果皮中检测到4491个差异基因,其中617个差异基因共参与了111条KEGG代谢通路,生物过程代谢类有82个通路,共257个差异基因被注释,参与次生代谢途径共有5个,共27个差异基因。槟榔果核中检测到5443个差异基因,其中898个差异基因共参与了118条通路,466个差异基因被注释在生物代谢类通路上,共涉及89条通路,参与次生代谢相关的基因有53个,参与次生代谢途径共7条。进一步分析表明：随着果实的发育,果皮中80%次级代谢通路差异相关基因呈下调表达趋势;而果核中71.4%次级代谢通路差异相关基因呈上调表达趋势。本研究结果在转录组水平揭示了槟榔果发育的生物学过程,发现了不同时期槟榔果皮和果核中次级代谢相关调控基因表达的变化规律,也为槟榔的遗传育种研究奠定了基础。     

火龙果HpNAC1转录因子的特性分析及其对HpCytP450-like1基因的调控

以红肉火龙果(Hylocereus polyrhizus)果实为材料,克隆得到HpNAC1基因,研究该基因的荧光定量、亚细胞定位、转录活性及其对下游靶基因的调控能力,揭示其在火龙果生长发育过程中的分子作用机制。应用预测软件对HpNAC1基因进行生物信息学分析,利用q RT-PCR分析HpNAC1基因在果实发育过程中的表达情况,以农杆菌侵染烟草叶片的方法对HpNAC1基因进行亚细胞定位分析,以双荧光素酶瞬时表达的方法分析HpNAC1基因的转录活性及其对下游靶基因调控能力。结果表明,HpNAC1的ORF全长为846 bp,具有NAC结构域,q RT-PCR检测表明随着果实的生长发育,其表达明显增强;亚细胞定位和转录活性分析显示其是核蛋白,并且具有转录激活活性;双荧光素酶瞬时表达分析显示,HpNAC1转录因子可以激活基因Hp Cyt P450-like1的启动子活性。实验明确了HpNAC1基因的亚细胞定位信息及其在果实发育过程中表达和瞬时表达情况,为进一步研究其功能及分子机制提供依据。      

茶树叶片响应茶饼病侵染的转录组分析

采用高通量测序技术对被茶饼病病菌侵染的茶树叶片进行转录组测序,筛选得到差异基因359个,其中248个上调表达,111个下调表达。差异基因中有216个获得GO（Gene ontology）数据库功能注释,主要涉及到生物合成过程、催化活性、细胞过程等诸多生理生化过程;KEGG（Kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库富集分析发现,共有106个基因被注释到47个代谢通路中,其中,单萜生物合成、卟啉和叶绿素代谢、核糖体、氮代谢、双萜生物合成、植物病原互作等通路显著富集。有32个差异基因被鉴定为转录因子,分布在16个转录因子家族中。利用实时荧光定量PCR（Real time quantitative PCR,qRT-PCR）验证了随机挑选的差异基因在感病叶片和未感病叶片中的相对表达量,与转录组测序结果的变化趋势一致。结果表明,茶树响应病原菌侵染是一个复杂的过程,大量基因被诱导或抑制表达,与抗病相关的转录因子被大量激活且上调表达。本研究为深入挖掘茶树抗病基因及进一步研究抗病分子机制提供了理论依据。     

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。     

高温高湿地区套袋处理对火龙果果实品质的影响

为探讨适用于高温高湿地区的火龙果果袋,以红皮红肉型‘桂红龙2号’火龙果为材料,测定5种不同类型果袋套袋后袋内温湿度日变化及对火龙果果实品质、果实病害以及采后果实失水率等的影响。结果表明,套袋后袋内温度升高速度更快,白天袋内温度均显著高于对照;套袋使果皮变薄,增加可食率,促进了果皮鳞片转红,以牛皮纸袋为最高;套袋显著增加了果皮与果肉的色素含量;显著增加了果实可溶性固形物含量,不同程度的提高了葡萄糖和果糖的含量;但套袋也提高了果实苹果酸及柠檬酸的含量。套袋总体上降低了采后水分散失的程度,白色纸袋和无纺布袋有利于降低采后病害发生率,延长货架期。除黑色尼龙网袋以外,套袋均提高了果实煤烟病的发病率。综上,在广西南宁周边高温高湿地区,可使用黑色尼龙网袋,有利于防止鸟啄和虫害,或使用白色纸袋和无纺布袋,有利于延长货架寿命,但采收后要注意煤烟斑的清洗。     

茶树紫芽中花青素形成相关基因差异表达分析

花青素是一类广泛存在于植物中的水溶性色素,作为一种强自由基清除剂,它具有抗炎,抗氧化,降血压,降血糖等多种保健功能。紫芽茶树作为一种高花青素含量的特异性茶树资源,其研究与利用越来越受人们的关注。为了解茶树紫芽中花青素形成的分子机理,本研究通过对湖南农业大学自选紫芽品种9803与绿芽品种9806进行转录组测序及生物信息学分析,筛选得到42条与花青素代谢相关的unigene,其中比对到参考基因组中的有34条,未在参考基因组中登录的有8条。KEGG富集分析表明这42个基因被富集到5个代谢通路中,包括类黄酮合成途径,木质素合成途径,黄酮和黄酮醇合成途径,油菜素甾醇合成途径,以及参与转录因子的编码。通过荧光定量PCR验证,差异基因荧光定量PCR变化趋势与转录组测序结果一致,转录组测序数据可靠。本次试验在转录组水平上筛选出了茶叶紫芽花青素代谢相关的差异基因,为进一步揭示茶叶紫芽产生的分子机理奠定了基础。     

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。