基于组学的作物杂种优势研究进展

杂种优势,又称杂种活力,是指来源于物种内不同品种或者不同物种间杂交后代在生物产量、生长势以及育性等方面均优于亲本的现象。目前对于杂种优势形成的遗传机制一直停留在假说层面。分子标记技术的飞速发展为杂种优势的遗传机制研究提供了新的途径,在不同作物中,已证实显性、超显性和上位性效应对杂种优势的形成均有贡献。随着基因组、转录组、蛋白组等多组学技术及表观遗传学技术的兴起,为在全基因组水平研究杂种优势提供了机会,更有利于从不同角度对杂种优势形成的遗传基础进行全面解析。本研究从杂种优势位点定位,杂交种相对于亲本的转录组水平,蛋白质水平及表观调控改变等方面进行了概述,为全面深入理解杂种优势及更好地研究、利用杂种优势提供帮助。     

转录组测序技术在玉米中的应用研究进展

随着功能基因组时代的到来,转录组测序技术快速发展且应用相对广泛。玉米基因组测序的完成,有力地推动着玉米转录组结构的注释和功能的深入解析。简述玉米基因组研究概况以及GS FLX、Solexa GA IIx、SOLiD等测序技术的发展,回顾转录组测序技术在玉米新基因挖掘、分子标记开发、代谢网络、分子进化、miRNAs等相关研究领域上的应用,为玉米复杂农艺性状的分子机制、不同发育阶段基因表达调控网络乃至分子设计育种等工作的深入研究提供参考。     

花后高温胁迫下匀播春小麦旗叶的转录组分析

为研究不同播种模式下花后高温胁迫对春小麦旗叶转录组的影响,以宁春50号为试验材料,采用人工模拟高温的方法,设条播和匀播两种播种方式,灌水施肥方式均为水肥一体化,对高温处理后的春小麦旗叶分别构建转录组测序文库,采用FPKM法计算基因的相对表达量,并对差异表达基因进行KEGG通路分析。结果表明,相较于常温处理,高温胁迫下条播和匀播滴灌处理分别有199和1 819个基因上调表达,55和 1 335个基因下调表达,说明高温胁迫下匀播滴灌处理对春小麦旗叶转录组的表达影响明显。KEGG通路富集分析结果显示,高温胁迫下与条播滴灌处理对比,匀播滴灌处理的春小麦光合作用-天线蛋白通路注释到的差异表达基因最多,有52个,其次为淀粉和蔗糖通路（注释到50个差异表达基因）;而常温条件下与条播滴灌处理对比,匀播滴灌处理的春小麦淀粉和蔗糖代谢通路注释到的差异表达基因最多,有49个,其次为光合作用-天线蛋白通路（注释到41个差异表达基因）。因此,高温胁迫下匀播滴灌技术可以更好地改善植物的光合系统,有效缓解高温引起的小麦植株早衰。     

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。     

刺参响应灿烂弧菌侵染的基因组DNA甲基化水平和转录组差异及其关联分析

为探讨病原菌胁迫下刺参(Apostichopus japonicus)基因组DNA甲基化水平和转录组表达的差异,本研究采用人工攻毒侵染胁迫,获得刺参化皮体壁组织,并以未攻毒组的健康体壁组织为对照,对刺参2种体壁组织进行全基因组甲基化测序(WGBS)和转录组高通量测序,解析刺参体壁基因组DNA甲基化差异,筛选响应病原胁迫的差异甲基化区域和差异表达基因。同时,通过基因组甲基化和转录组联合分析,筛选负相关关联基因,为解析刺参响应灿烂弧菌(Vibrio splendidus)侵染的分子机理提供基础数据。结果显示,刺参对照组和侵染组基因组总甲基化水平分别为(3.59±0.04)%和(3.87±0.27)%,侵染组甲基化水平显著升高;在发生甲基化的位点中,攻毒组和对照组的mCpG占比分别为83.06%和81.91%,mCpG为最主要的甲基化形式。本研究共筛选出差异甲基化区域(DMRs) 626 677个,注释到23 706个功能基因。转录组测序共检测到29 290个基因,筛选到差异表达基因496个,其中,上调基因214个,下调基因282个。在基因组甲基化与转录组的关联分析中,筛选到180个负相关关联基因,其中,差异甲基化区域位于启动子区域的负相关基因为60个。对负相关关联基因的GO和KEGG富集分析,筛选到相关通路和LRR、hsp20和CARD等关键基因。本研究将为解析刺参抗病的表观遗传调控机制提供数据,也为刺参抗病性状选育提供科学参考。     

脊尾白虾对低氧响应的转录组学分析

本研究通过高通量测序,分析低氧胁迫下脊尾白虾(Palaemon carincauda)某些基因的差异表达,获得10.62 Gb高质量测序数据,组装得到155113条转录本和118953条Unigene。注释Unigene 37580条。其中,33659条Unigene与Nr蛋白数据库基因同源;11275条Unigene注释到KEGG数据库,归类到223个代谢通路。低氧胁迫产生1392条差异表达基因,包括311条上调基因和1081条下调基因,784条差异基因得到注释,并富集到抗氧化活性、细胞连接、蛋白结合转录因子活性、多细胞生物过程、复制和生殖等过程,表明低氧胁迫激活了虾体适应缺氧的一系列生理活动。其中,低氧胁迫下,低氧诱导因子1(HIF1) 2个亚基HIF1α和HIF1β表达量上调;实时定量测定证实,在胁迫的后期,脊尾白虾肝胰脏和鳃HIF1α和HIF1β明显上调,推测脊尾白虾细胞在低溶氧环境下诱导HIF产生,刺激机体增加血液氧的供应能力。同时,低氧胁迫下,脊尾白虾差异基因富集到糖酵解/葡萄糖生成、精氨酸和脯氨酸代谢和丙酮酸代谢等通路,表明虾体缺氧使糖酵解等无氧代谢途径增强,同时促进了部分糖类和氨基酸的代谢。另外,低氧胁迫下,脊尾白虾溶酶体通路、吞噬通路、过氧化物酶体通路和内吞作用通路的差异基因较多,推测低氧诱导因子可能通过抑制线粒体生物合成和活化线粒体自噬来降低线粒体氧耗。     

番石榴果实品质评价及黄酮类化合物合成相关基因挖掘

【目的】综合评价番石榴Psidium guajava不同品种间的果实品质差异并挖掘黄酮类化合物合成的关键基因。【方法】对番石榴6个品种的11个果实品质指标进行测定,并结合主成分分析方法综合评价其品质差异,运用转录组测序技术比较各品种间的差异表达基因(Differentially expressed gene, DEG),通过GO和KEGG富集分析,挖掘黄酮类化合物合成的DEG,利用实时荧光定量PCR (Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)研究DEG在不同品种间的特异性表达。【结果】6种番石榴试材中‘金斗香’和‘胭脂红’品质最优,得分较高,‘水晶’和‘西瓜红’较低,‘珍珠’和‘红宝石’居中;‘金斗香’和‘胭脂红’的类黄酮质量分数较高,分别为9.76和10.05 mg/g,是‘水晶’(5.74 mg/g)的1.5倍以上,显著高于其他品种(P>0.05)。转录组测序分析显示,‘金斗香’和‘胭脂红’的DEG聚为一类,其余4种的DEG聚为一类。黄酮类化合物的生物合成途径中CHS、FLS、CYP73A、CYP98A3、DFR、E2.1.1.104、E1.14...     

基于转录组测序分析牛不同脂肪组织的脂肪沉积差异研究

为了更好地了解肉牛(Bos taurus)的脂肪沉积机制，以安格斯牛（Aberdeen Angus）和西门塔尔牛（Simmental cattle）为模型，通过对2种脂肪组织（肾周脂肪和背皮下脂肪）进行RNA测序，确定转录组图谱。分析4个组织中共同的高表达基因，以及2个组织之间的差异表达基因。结果显示，每个样品获得约10.99 Gb数据，并注释总共23 472个基因。在50个高度表达的共同基因中，发现脂肪酸结合蛋白4（Fatty Acid Binding Protein4, FABP4），脂肪形成调节因子(Adipogenesis Regulatory Factor,ADIRF)和硬脂酰辅酶A去饱和酶(Stearoyl-CoA Desaturase,SCD)是与脂肪沉积相关的基因，表明这3个基因可能在脂肪沉积中发挥作用。在安格斯牛和西门塔尔牛的肾周脂肪与皮下脂肪组织之间分别鉴定出1 678个和1 955个差异表达基因。GO分析表明，一些DEG与代谢有关。KEGG途径分析显示，PPAR信号途径、甘油酯代谢和ECM-受体相互作用途径富集丰富。在背皮下脂肪中，PPAR信号途径和甘油脂代谢中的3个基因：视黄酸X受体α(retinoid X receptor alpha,RXRA)、C1q肿瘤坏死因子相关蛋白7(C1q and TNF related 7, C1QTNF7)和单酰甘油-O-酰基转移酶2(Monoacylglycerol O-acyltransferase 2, MOGAT2)上调；6个基因：肉碱脂酰转移酶1B(Carnitine Palmitoyltransferase 1B, CPT1B) 、解偶联蛋白1(Uncoupling Protein 1, UCP1)、 脂肪酸结合蛋白3(Fatty Acid Binding Protein 3, FABP3)、 脂肪酸转位酶(Fatty Acid Translocation enzyme, CD36) 、脂蛋白1( LPIN1) 和甘油-3-磷酸酰基转移酶3(Glycerol-3-phosphate Acyltransferase 3, GPAT3)表达量下调。在ECM-受体相互作用中，发现Ⅰ型胶原Α1(Collagen Type I alpha 1 Chain, COL1A1)、III型胶原Α1(Collagen Type III alpha 1 Chain, COL3A1) 、Ⅰ型胶原Α2(Collagen Type I alpha 2 Chain, COL1A2)和II型胶原Α1(Collagen Type II alpha 1 Chain, COL2A1)在牛的背皮下脂肪中上调，而层粘连蛋白γ3(Laminin Subunit gamma 3 , LAMC3) 和粘连蛋白γ2(Laminin Subunit gamma 2, LAMC2)的表达量下调。为验证转录组的准确性，对差异基因 COL1A1、 COL3A1、RXRA、 LPIN1和 GPAT3进行qPCR验证，结果显示qPCR结果与转录组测序数据基本一致。本研究揭示了肉牛不同脂肪组织中复杂的转录组图谱，发掘了参与脂肪沉积的候选基因。     

花魔芋响应软腐病菌侵染初期的转录组分析

为探讨花魔芋抵御软腐病害的分子机制,分别以染病初期和健康的花魔芋球茎为材料进行转录组测序。结果表明,健康和染病初期花魔芋两组出现3 222个差异表达基因,其中2 660个基因上调表达,562个基因下调表达,差异表达基因主要涉及细胞组分、生物学过程及分子功能等生理生化过程。表达量上调和下调最大的前10个基因包含编码MiAMP1抗菌蛋白、热激蛋白、胰蛋白酶与蛋白酶抑制剂、胰凝乳蛋白酶抑制剂等与抗病相关的基因。GO功能分类和KEGG通路分析表明,类黄酮和苯丙烷类物质在花魔芋抵御软腐病菌侵染初期发挥重要作用。值得关注的是,硒化合物代谢、维生素B6代谢、类黄酮生物合成、N-聚糖生物合成及链霉素生物合成通路等抗病相关的差异表达基因在花魔芋染病初期全部或大部分受诱导表达。利用高通量测序获得大量花魔芋转录组信息,有助于挖掘与花魔芋抗软腐病相关的关键基因,也为魔芋抗病分子育种提供理论参考。     

Necrotic enteritis challenge regulates peroxisome proliferator-1 activated receptors signaling and β-oxidation pathways in broiler chickens

Necrotic enteritis (NE) is an important enteric disease in poultry and has become a major concern in poultry production in the post-antibiotic era. The infection with NE can damage the intestinal mucosa of the birds leading to impaired health and, thus, productivity. To gain a better understanding of how NE impacts the gut function of infected broilers, global mRNA sequencing (RNA-seq) was performed in the jejunum tissue of NE challenged and non-challenged broilers to identify the pathways and genes affected by this disease. Briefly, to induce NE, birds in the challenge group were inoculated with 1 mL of Eimeria species on day 9 followed by 1 mL of approximately 10⁸ CFU/mL of a NetB producing Clostridium perfringens on days 14 and 15. On day 16, 2 birds in each treatment were randomly selected and euthanized and the whole intestinal tract was evaluated for lesion scores. Duodenum tissue samples from one of the euthanized birds of each replicate (n = 4) was used for histology, and the jejunum tissue for RNA extraction. RNA-seq analysis was performed with an Illumina RNA HiSeq 2000 sequencer. The differentially expressed genes (DEG) were identified and functional analysis was performed in DAVID to find protein–protein interactions (PPI). At a false discovery rate threshold <0.05, a total of 377 DEG (207 upregulated and 170 downregulated) DEG were identified. Pathway enrichment analysis revealed that DEG were considerably enriched in peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) signaling (P < 0.01) and β-oxidation pathways (P < 0.05). The DEG were mostly related to fatty acid metabolism and degradation (cluster of differentiation 36 [CD36], acyl-CoA synthetase bubblegum family member-1 [ACSBG1], fatty acid-binding protein-1 and -2 [FABP1] and [FABP2]; and acyl-coenzyme A synthetase-1 [ACSL1]), bile acid production and transportation (acyl-CoA oxidase-2 [ACOX2], apical sodium–bile acid transporter [ASBT]) and essential genes in the immune system (interferon-, [IFN-γ], LCK proto-oncogene, Src family tyrosine kinase [LCK], zeta chain of T cell receptor associated protein kinase 70 kDa [ZAP70], and aconitate decarboxylase 1 [ACOD1]). Our data revealed that pathways related to fatty acid digestion were significantly compromised which thereby could have affected metabolic and immune responses in NE infected birds.