基于锦绣杜鹃花蕾转录组的SSR标记开发及应用

[目的]探究锦绣杜鹃(Rhododendron pulchrum Planch.) EST-SSR的类型、分布频率和分布特征,开发有效的SSR标记,并验证其在遗传多样性研究和跨物种转移中的应用潜力。[方法]采用RNA-seq技术对锦绣杜鹃‘紫鹤’品种的花蕾进行转录组测序,MISA软件对组装的unigenes内部的SSR位点进行检索,分析其类型、分布频率。利用Primer 3.0软件设计引物,并对锦绣杜鹃群体和其近缘种映山红群体进行多样性检测,利用POPGENE-PC 2.2软件计算等位基因数、有效等位基因数、多态性位点百分率、Shannon’s信息指数、Nei氏多样性指数、观察杂合度、期望杂合度等参数。[结果]锦绣杜鹃‘紫鹤’花蕾转录组共有49 527个unigenes(43 766 249 bp),从中筛选出16 120个SSR位点(24.46%),发生频率为1·(2.7 kb)~(-1)。微卫星的重复次数主要集中在5～24次之间,二核苷酸发生频率最高(9 624个,59.70%),其次是单核苷酸(3 738个,23.19%),频率最低的为五核苷酸(42个,0.26%)。频率最高的重复基序有A/T、AG/CT、AAG/CTT、AGG/CCT、ACC/GGT、AGC/GCT、AAAG/CTTT、AAGAG/CTCTT、AGAGGG/CCCTCT等。选用13个多态性SSR标记对锦绣杜鹃群体进行PCR扩增,共得到71个等位基因,平均每个位点3～9个;有效等位基因数在各SSR位点之间变化范围为1.684～5.930;观察杂合度H_O和期望杂合度H_E的变化范围分别为0.000～1.000和0.433～0.848,平均值分别为0.696±0.426和0.705±0.129;Shannon’s信息指数I和Nei氏多样性指数h的变化范围分别为0.736～1.961和0.406～0.831,平均值分别为1.376±0.339和0.683±0.131。此13个标记在映山红群体中的跨物种扩增成功率为100%,并反映出丰富的遗传多样性。2个群体间的遗传差异93.4%存在于群体内部。[结论]基于AG/CT重复基序开发的13个SSR标记具有高度的多态性,为后续杜鹃花属植物的遗传多样性研究、遗传图谱构建、基因定位、分子标记辅助育种等研究奠定了基础。大别山野生映山红资源具有较高的遗传多样性,且杂合度过剩,遗传变异主要发生在群体内部。     

水稻LOC_Os10g05490位点冷胁迫条件下表达分析及CRISPR/Cas9定向编辑

为探明LOC_Os10g05490位点冷胁迫条件下的表达特性和耐冷性功能,以耐冷东乡野生稻和冷敏感水稻93-11为试验材料进行了半定量分析,结果表明,LOC_Os10g05490在冷敏感水稻93-11冷处理前后表达丰度相当,而在耐冷东乡野生稻中冷处理后表达丰度下调,这一结果与前期转录组测序(RNA-seq)结果相符,进一步验证了该位点可能与水稻耐冷相关,随后利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对LOC_Os10g05490编码区于同样具有较强耐冷性的粳稻品种台北309中实施定向基因敲除,并成功获得了26株转基因阳性植株。     

鸭瘟病毒感染鸭十二指肠黏膜炎症相关基因及调控通路的筛选

试验旨在分析鸭瘟病毒（duck plague virus，DPV）感染樱桃谷鸭后十二指肠黏膜转录组水平的变化，筛选出DPV感染后参与炎症的相关基因和调控通路。DEV-GZ株经腿部肌肉接种35日龄鸭后，于接种后24、48和72 h采集鸭十二指肠黏膜组织样本，提取总RNA进行转录组测序，对数据进行质控与注释，筛选与炎症相关的差异表达基因及调控通路，并应用实时荧光定量PCR对部分差异表达基因进行验证。结果显示，对照组与试验组总计得到21.39 Gb的Clean Bases，测序样本有效序列占原始序列的99%以上，映射率高于83%。鸭接毒DPV后24 h十二指肠黏膜的差异表达基因有221个，参与炎症相关生物学过程的有3个，均为下调基因；接毒DPV后48 h差异表达基因有499个，参与炎症相关生物学过程的有17个，均为下调基因；接毒DPV后72 h差异表达基因有798个，参与炎症相关生物学过程的有20个，其中上调基因13个、下调基因7个。GO数据库分析显示，参与炎症相关的差异表达基因主要是CCR8、CCL19、CCL4、IL-17、IRF1、IFN-γ、SLC11A1等，涉及急性炎症反应、趋化因子受体活性、急性期反应、炎症反应和炎症反应的正调节等生物学过程。KEGG数据库分析显示，差异表达炎症相关基因主要富集在Toll样受体信号通路、NF-κB信号通路、IL-17信号通路、TNF信号通路和炎症性肠病等；实时荧光定量PCR结果显示，IFN-γ和MALT基因的相对表达倍数与转录组结果基本一致。本试验完成了DPV感染樱桃谷鸭十二指肠的转录组测序分析，获取了差异表达基因的功能注释信息，初步揭示了参与DPV感染的炎症相关通路，为深入探究DPV的致病机制提供了理论参考。     

河流型水牛TGF-β基因家族鉴定及其胚胎发育早期的表达分析

本研究旨在鉴定河流型水牛中转化生长因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β）基因家族成员，分析该家族成员在胚胎发育早期的表达情况，并讨论其可能的作用。根据人类中已鉴定的TGF-β基因家族信息，通过BLASTP在河流型水牛全基因组层面鉴定TGF-β家族成员，同时对牛、山羊和小鼠的TGF-β家族信息进行鉴定，结合5个物种中的TGF-β基因家族信息构建系统进化树。根据河流型水牛胚胎发育早期4个阶段（2-细胞、8-细胞、桑椹胚和囊胚期）的RNA-seq数据分析，通过FPKM（Fragment of Per Kilobase of exon model per Million mapped reads）值计算TGF-β家族成员的表达情况。结果显示，根据人类中的33个TGF-β基因，分别在河流型水牛、牛、山羊和小鼠的基因组中鉴定出32、23、32和26个TGF-β基因，几个物种中TGF-β基因家族成员数量相近且在系统进化树中分布均匀，说明该家族在各个物种中具有分布和功能的保守性。在河流型水牛的32个TGF-β基因中，21个TGF-β基因家族成员在胚胎发育早期不表达或极低剂量表达，6个分化抑制因子低剂量表达，5个高表达的TGF-β基因均有报道过与繁殖过程相关，说明在河流型水牛的胚胎发育早期只有部分成员（5/32）参与其中行使功能，绝大多数的TGF-β基因（27/32）并没有参与其中。本研究结果为河流型水牛中TGF-β基因家族研究提供了数据基础，并为TGF-β基因家族在胚胎发育早期的功能研究提供了理论依据。     

静脉滴注心房利钠肽对阿勒泰羊血液脂代谢激素的影响及尾脂转录组分析

旨在研究静脉滴注心房利钠肽（ANP）对绵羊血液中脂代谢激素及尾脂转录组的影响，为阐明ANP在调节绵羊脂代谢中的作用机理提供参考。本试验选取体重为（45.6±6.5） kg、健康状况良好、1.5岁阿勒泰母羊8只，试验采用自身对照设计，对照期颈静脉滴注100 mL生理盐水45 min；试验期以1.125 μg·kg^-1 BW颈静脉滴注100 mL ANP生理盐水溶液45 min，连续静脉滴注ANP 4 d，各期均在试验结束当天（即第4天）滴注开始后0、15、30、45、60、90和120 min采集血液，分离血浆，测定ANP、脂联素、胰岛素、瘦素和环鸟苷酸水平；每期采集尾脂，进行转录组测序及生物学信息分析，并采用实时荧光定量PCR技术检测候选基因相对表达量的变化。结果显示：1）静脉滴注ANP后，较对照期，试验期血浆ANP含量在30、90 min时显著增加（P<0.05）；血浆脂联素含量在30 min时显著增加（P<0.05），在90 min时极显著增加（P<0.01）；cGMP含量在30、90 min时极显著增加（P<0.01），在45、60 min时显著增加（P<0.05）；胰岛素含量在0、30、120 min时极显著增加（P<0.01），在15、45、60、90 min时显著增加（P<0.05）；瘦素含量在0、15 min时显著增加（P<0.05），在30 min时极显著增加（P<0.01）。2）转录组分析表明，共3 686个差异表达基因，其中1 482个基因上调表达、2 204个基因下调表达；GO功能富集分析显示，差异基因显著富集到118个生物学功能，主要与线粒体呼吸链和氧化磷酸化有关；KEGG通路分析表明，差异基因显著富集到46条通路中，主要参与核糖体、产热、氧化磷酸化和调节脂肪细胞中的脂肪分解等信号通路；qRT-PCR分析结果表明，AQP7、FABP4、PLIN5、ADIPOR2、MGLL、IDE和ACSL1表达趋势与RNA-seq结果一致。由此可见，外源ANP通过改变脂代谢相关激素水平及增加绵羊脂肪组织氧化磷酸化和产热促进脂肪分解。     

基于RNA-seq数据的栽培种花生SSR位点鉴定和标记开发

【目的】鉴定花生RNA-seq数据中的SSR位点,明确转录组中SSR位点的分布和结构特点,开发与花生基因相关联的SSR标记,为花生重要功能基因的挖掘、等位变异研究和分子标记辅助育种奠定基础。【方法】根据栽培种花生全生育期中22种不同类型的组织RNA-Seq数据,使用MISA软件分析SSR位点分布及特征,采用Primer 3设计基因关联的SSR引物,并利用电子PCR软件对引物的质量进行检测,随机合成38对引物,进行多态性检测。【结果】从52 280条转录本中共鉴定19 143个SSR位点,分布于14 084条转录本,发生频率为26.94%。重复单元类型为单核苷酸—五核苷酸,以单核苷酸和三核苷酸为重复单元的SSR位点数最多,分别占位点总数的39.24%和38.40%。各重复单元优势基序类型分别为A/T、AG/CT、AAG/CTT、AAAG/CTTT和AACAC/GTGTT,占所在重复单元中的比例分别为97.62%、72.01%、30.96%、24.59%和16.67%。重复单元的重复次数为5—47次,单个SSR位点的长度的分布范围为10—47 bp,基序长度主要集中在10—14 bp;复合SSR位点的长度范围为21—249 bp,以31—40 bp为主。鉴定的SSR位点中共有13 477个SSR位点可以进行引物设计,其中5 020条转录本序列对应到特定的基因,共包含5 859个可进行引物设计的SSR位点,这些SSR位点在A基因组和B基因组共20条染色体上不均匀分布,其中B03染色体上SSR位点最多,为484个。对特定基因SSR引物进行电子PCR检测,在A.duranensis、A.ipaensis、A.hypogaea基因组中有效扩增位点分别为4 468、4 929和10 188个,有效引物数分别为3 968（67.74%）、4 232（72.25%）和5 174（88.33%）对,在A. hypogaea基因组中,SSR引物扩增位点主要以2个位点为主,其中,有1 477对引物单位点扩增。根据SSR引物扩增位点在栽培种花生基因组中的位置信息绘制了SSR位点的物理图谱。在38对SSR引物中,共有35对（92.1%）SSR引物可以扩增出清晰的条带,其中,有11对（28.9%）SSR引物在2个品种间扩增出差异条带。【结论】鉴定了13 477个可进行标记开发的SSR位点,开发、检测了5 859个基因相关SSR标记,在栽培种花生基因组中具有较高的扩增效率,并构建了基因相关SSR位点的物理图谱。     

稻瘟病菌类LxAR家族基因的预测及表达分析

在侵染水稻过程中,稻瘟病菌分泌一系列效应因子来抑制寄主免疫系统。无毒效应因子AVR Pii和AvrPiz-t的氨基酸序列含有类LxAR基序,基于此,本研究利用生物信息学技术,从稻瘟病菌基因组中筛选获得了99个含有类LxAR基序的假定效应因子(MoLLEs)。该家族蛋白都为小分子蛋白(70~300 aa),富含半胱氨酸氨基,绝大多数为未知功能的蛋白。24个蛋白含已知的功能域,可能涉及了多种生命过程,其中有9个蛋白编码植物细胞壁降解酶。通过表达模式分析发现,MoLLEs家族基因成员的表达受到饥饿胁迫、附着胞生长发育以及侵染水稻等过程的诱导,此外一部分基因受到附着胞发育关键基因PMK1调控。基因表达交叉分析表明,部分基因同时在附着胞发育和致病过程中上调表达。在与水稻的相互作用中,MoLLEs在稻瘟病菌侵染不同阶段均有上调表达,并且部分基因受亲和或非亲和反应特异性诱导。      

基于转录组分析ABA促进葡萄花青苷积累相关基因

【目的】分析参与调控ABA促进葡萄着色的相关基因,探讨ABA促进葡萄果实花青苷积累的分子机制。【方法】以‘红巴拉多’葡萄为试材,在转色前期（约花后6周）使用300 mg∙L^-1 ABA对果穗进行浸果处理,以清水处理为对照。观察表型,并利用超高液相色谱质谱联用仪（UPLC-MS）测定花青苷组分及含量,再利用转录组测序技术从分子水平对ABA促进花青苷积累的机制进行生物信息学分析。【结果】外源ABA处理3 d后,葡萄果实着色明显加深,花青苷种类和含量增多,其中芍药素3-O-葡萄糖苷、锦葵色素3-O-葡萄糖苷两种单体花青苷含量增加最为显著。分析ABA处理18 h和3 d后葡萄果实转录水平的差异,并通过KEGG富集分析发现了11个ABA信号通路基因以及52个与花青苷生物合成和转运相关的基因差异表达,它们均在外源ABA处理后表达上调。通过将差异基因与葡萄转录因子库进行比对,共发现297个转录因子差异表达。进一步分析差异转录因子表达模式,筛选与VvMYBA1表达模式相近的转录因子,发现15个MYB、bHLH、bZIP、NAC、Dof、HD-ZIP等家族的转录因子,其可能参与调控花青苷生物合成。启动子顺式作用元件分析表明,大部分筛选到的差异基因启动子中含有ABRE元件,说明这些差异表达基因的启动子可能为ABA诱导型启动子。对部分候选基因的表达模式进行实时荧光定量（qRT-PCR）分析,证实了RNA-seq的准确性。【结论】ABA促进葡萄花青苷积累涉及11个ABA信号转导、52个花青苷合成和转运相关基因,15个转录因子可能参与调控了这一生物过程。研究结果为揭示ABA促进葡萄花青苷积累的分子机制提供了一定基础。     

重度冷应激下民猪背最长肌应答分子调控网络分析

为解析家猪在重度冷应激下骨骼肌应答反应的分子机制,本研究利用民猪的重度冷应激模型结合RNA-seq测序技术,对遭受重度冷应激后民猪背最长肌的基因和lncRNA的表达变化、功能注释以及两者间的调控关系进行了分析。结果表明:1)民猪在遭受3 d的重度冷应激(-17 ℃~-26 ℃)后,背最长肌的53个基因发生了显著上调表达,35个基因发生了显著下调表达;53个lncRNA发生了显著上调,38个lncRNA发生了显著下调。差异表达基因中有多个与炎症反应相关的基因,如AREG、HAS1、MMP25和SLC11A1等基因发生了显著上调表达;与低温胁迫相关的TREH和与应激反应相关的TRIB3、与碳水化合物、葡萄糖和脂质代谢相关的HGFAC等基因也发生了显著上调表达。2)差异表达基因所参与的生物过程主要集中在胶原代谢、伤口愈合表皮细胞扩散和肌肉肥大调节过程等,且多位于细胞外区间;差异表达基因显著富集的生物学通路仅1个MAPK通路。3)存在显著表达差异的91个lncRNA顺式调控129个基因,反式调控750个基因,lncRNA与靶基因间的互作关系复杂。预测到的靶基因显著富集到MAPK和TNF 2个生物学通路。综上,重度冷应激导致民猪背最长肌出现了炎症反应,改变了部分与炎症、低温胁迫、应激反应和营养物质代谢相关基因的表达及部分lncRNA的表达,MAPK和TNF信号通路被激活。