转录组测序及其在植物病原菌、植物与真菌互作研究中的应用与进展

转录组测序(RNA sequencing,RNA-seq)技术是用来分析动态转录组的重要工具。RNA-seq生成的数据不仅可以量化基因表达,还有助于发现新的转录本、识别选择性剪接基因和检测等位基因特异性表达。本文主要综述了RNA-seq的技术步骤及工作原理,并介绍了其在植物病原菌及植物与真菌互作研究中的应用与进展。     

长牡蛎性腺中调控型非编码RNA的生物信息学

本研究以日照海域同一家系的2龄长牡蛎性腺为研究对象,通过small RNA-seq和RNA-seq技术筛选和鉴定出大量的非编码微小RNA(mi RNA)、长链非编码RNA(lnc RNA)和环状RNA(circRNA),并对其进行了生物学特征分析。结果显示,以斑马鱼为参考序列,获得25～30个已知miRNA成熟体和51～63个已知miRNA前体,预测到53～71个新miRNA成熟体和53～77个新miRNA前体;长牡蛎miRNA长度分布为18～26个核苷酸(nt),其中分布在20～22 nt长度的miRNA数量最多,且miRNA首位碱基多为U。测序分析获得2 302～2 349个注释lncRNA转录本,预测到20 083～24 114个新lncRNA转录本,其中基因间型lncRNA(lincRNA)、内含子lncRNA(intronic lncRNA)、反义lncRNA(anti-sense lncRNA)分别占29.0%、62.1%和8.9%;长牡蛎lncRNA的基因组特征与其他真核生物的lncRNA基因组特征相似,与mRNA相比,外显子(exon)个数少,转录本长度较短,表达水平低。测序分析共获得383个circRNA,其中平均88.54%来源于exon,平均4.51%来源于intronic,平均6.95%来源于intergenic,且鉴定出内源性circRNA潜在大量的miRNA结合位点。研究结果为后续研究长牡蛎调控型ncRNA的表达规律和生物学功能奠定了基础。     

转录组学分析意大利蜜蜂脑部哺育行为相关基因

【目的】意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica）哺育行为在维护蜂群稳定和生产蜂王浆方面发挥重要作用。本研究通过人工组建蜂群获得相同日龄的哺育蜂和采集蜂,筛选出排除日龄因素干扰后哺育蜂脑部与哺育行为密切相关的差异表达基因,揭示哺育蜂脑部调控哺育行为的分子网络。【方法】通过人工组建蜂群的方法获得3日龄工蜂、10日龄哺育蜂和采集蜂、21日龄哺育蜂和采集蜂,解剖各组工蜂头部获得脑组织样本,应用RNA-seq技术对5组脑部样本（3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、10日龄采集蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂）中基因表达量进行转录组测序的全面分析,筛选出哺育蜂脑部哺育行为密切相关的差异表达基因,并对这些差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。同时利用实时荧光定量PCR（qPCR）对随机选取的4个差异表达基因的表达模式进行验证。【结果】RNA-seq分析筛选得到32个与哺育蜂哺育行为密切相关的差异表达基因,这些基因在10日龄哺育蜂脑中表达量均显著高于3日龄工蜂、10日龄采集蜂、21日龄采集蜂,且在21日龄哺育蜂脑中的表达量也显著高于21日龄采集蜂。GO富集分析发现上调差异表达基因主要参与氧化还原酶活性、气味结合、跨膜运输等功能。KEGG富集结果显示,上调的差异表达基因主要参与蛋白质代谢（核糖体）、能量代谢（氧化磷酸化、碳代谢、三羧酸循环、淀粉和蔗糖代谢、氮代谢、其他聚糖降解通路）、信号转导（Toll和Imd信号通路、光传导、鞘脂代谢）、消化作用（溶酶体）,其中显著性富集在鞘脂代谢和其他聚糖降解通路。qPCR结果显示3个上调差异表达基因（LOC409709、LOC551813、LOC409708）和1个下调差异表达基因（LOC551165）表达模式的检测结果与测序数据一致。【结论】通过对3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、10日龄采集蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂5组样本脑部进行全面分析,获得相同日龄哺育蜂和采集蜂脑部基因的转录组图谱,分析得到了脑部哺育行为相关的32个上调差异表达基因。哺育蜂脑部的差异表达基因主要通过信号转导和能量代谢等途径调控哺育蜂的哺育行为。     

痛风雏鹅肾组织损伤的RNA-seq分析

试验选取具有典型内脏型痛风特征的雏鹅5只和相同日龄及生长环境下的健康雏鹅6只，利用RNA-seq技术分析其肾组织转录表达差异，旨在了解雏鹅痛风发生的分子机制。结果表明：痛风雏鹅肾组织转录表达显著区别于健康雏鹅。试验共筛选出差异表达基因1 749个，上调基因501个，下调基因1 248个。GO（Gene Ontology）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）分析发现，这些差异基因主要具有趋化因子活性、T细胞受体结合、抗原结合等分子功能，参与免疫反应、趋化因子介导信号通路、炎症反应等生物过程，并主要富集于细胞因子受体相互作用、肠道IgA免疫网络、细胞黏附等信号通路。     

海岛棉枯萎病抗性与类黄酮代谢相关基因表达量的相关

枯萎病是危害海岛棉生产的重要因素之一, 研究枯萎病抗性分子机制将为培育抗病海岛棉品种、解决枯萎病对海岛棉的危害问题提供坚实的基础。本研究在前期转录组测序的基础上, 对海岛棉枯萎病抗性差异表达基因进行分析(DEG, Differentially Expressed Gene); 以7个抗病性表现不同的海岛棉品种为材料, 利用qRT-PCR的方法研究抗病差异表达基因在不同接菌时间点的表达量差异, 并分析基因表达量与病情指数的相关性。结果表明, DEG分析得出类黄酮代谢通路相关基因与海岛棉枯萎病抗性有关。qRT-PCR分析显示抗病材料中类黄酮代谢通路关键基因的表达量显著高于感病材料。在接菌后多个时间点, 类黄酮代谢通路中的关键基因TT7、CHI和DFR在抗病材料中的表达量显著或极显著高于感病材料, 其中CHI和DFR基因的表达量与病情指数呈显著负相关。综上所述, 类黄酮代谢通路相关基因对海岛棉枯萎病抗性均有影响, 且CHI、TT7和DFR基因是关键基因。