基于RNA-Seq筛选高粱低氮胁迫相关候选基因

研究低氮胁迫条件下不同高粱材料间的基因差异表达,为耐低氮型高粱品种选育和耐低氮胁迫的分子机制探究提供参考。选取2个耐低氮型高粱(BSX44和BTx378)为试验材料,设置正常和低氮胁迫2个处理,利用RNA-Seq技术对高粱苗期、抽穗期和开花期的基因表达进行分析,通过生物信息学对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究,筛选可能参与低氮调控的基因,了解氮高效基因型在氮素吸收利用过程中可能的分子途径。结果表明,在正常和低氮胁迫下, BTx378和BSX44在苗期分别筛选出937个和787个差异表达基因,抽穗期分别筛选出1305个和935个差异表达基因,开花期分别筛选出1402个和963个差异表达基因。对3个时期的差异表达基因进行鉴定,发现在苗期、抽穗期和开花期分别有246、371和306个基因在2个耐低氮高粱品种中共同差异表达,有28个基因在2个耐低氮品种的不同生育时期均差异表达,其中有5个基因上调表达,23个基因下调表达;对共同差异表达基因的KEGG相关代谢通路富集分析,发现主要集中在氮代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸的生物合成等途径,表明耐低氮型高粱可能通过这些途...     

高温胁迫下杜鹃差异表达基因的cDNA-SCoT分析

杜鹃花为高山植物,大多不耐高温,严重制约了杜鹃花的迁地保护与园林应用,故有必要探讨杜鹃花属植物在高温逆境下的耐热机理.本研究以2年生的'胭脂蜜'(Rododendron'Yanzhimi')和'江南春早'(R.'Jiangnanchunzao')为材料,进行高温(42 ℃/30 °C)处理,在处理后2、4、8、12及2...     

低氮胁迫不同氮效率基因型茄子光合特性差异

以4个不同氮效率基因型茄子为供试材料,采用营养液进行培养,研究了正常供氮和低氮胁迫下,茄子五叶期到八叶期的光合特性.结果表明,与正常供氮相比,低氮胁迫下,不同氮效率基因型茄子的光合速率(Pn)、叶片叶绿素相对含量(SPAD)和光系统Ⅱ的最大光化学效率(Fv/Fm)均较低,并表现先上升后下降趋势;与低氮高效及双低效基因型相比,氮双高效基因型具有较强的光合能力.     

玉米自交系响应花粒期高温胁迫差异表达基因的分析

为了探明玉米重要自交系花粒期高温胁迫下转录组基因的表达差异,发掘玉米响应高温胁迫的关键基因和蛋白质,明确高温胁迫引起玉米减产的机理,从而利用分子生物学技术手段提高玉米耐高温胁迫性。首先,利用Ampha~(TM)Z30花粉活性分析仪检测高温胁迫和正常生长条件下玉米自交系昌7-2、郑58的花粉活性。然后收集花粉提取总RNA,利用Illumina Hiseq2000~(TM)高通量测序技术分别对昌7-2、郑58花粒期高温胁迫材料和正常生长条件下的对照材料进行全转录组测序,序列结果分析后获得差异显著表达基因。通过差异基因维恩图(VENN图)重叠区域分析、GO功能分类和富集统计、KEGG pathway通路分类和富集分析以及转录因子分析,获得玉米花粒期高温胁迫相关的重要差异表达基因和蛋白质。花粉活性检测结果显示,高温胁迫后和正常生长条件下,昌7-2花粉活性分别为24. 37%,42. 89%,郑58花粉活性分别为35. 57%,64. 83%。高温胁迫后在昌7-2花粉转录组中共检测到4 176个显著差异表达基因,郑58花粉转录组中共检测到5 487个显著差异表达基因。KEGG pathway通路分类和富集分析结果显示,高温胁迫后郑58的花粉转录组中有2 062个差异表达基因富集到399个相关通路上,昌7-2的花粉转录组中有1 943个差异表达基因富集到352个相关通路上。转录因子分析结果表明,共获得55个转录因子家族,其中,有45个转录因子包含10个以上差异表达基因。研究表明,通过对玉米自交系花粒期高温胁迫后花粉转录组测序获得了大量的差异显著表达基因信息,昌7-2、郑58对高温胁迫响应机制存在明显差异,热激蛋白(Hsps)、热激转录因子(Hsfs)、生长素(IAA)基因和磷脂酰基醇-4,5-二磷酸基因家族(PIP2)在响应玉米花粒期高温胁迫过程中起着重要作用。     

cDNA微阵列鉴定差异表达基因的可靠性分析

应用马铃薯晚疫病水平抗性相关的1 009条表达序列标签(ESTs)所制备的cDNA微阵列和荧光信号Cy3,Cy5杂交系统,通过同一样品RNA的自身比较试验及与不同样品RNA的差异分析试验,对该技术的重复性和可靠性进行了验证分析。结果表明,在自身比较试验中,芯片杂交的假阳性率仅为0.79%,相关系数高达0.981 1;在差异分析试验中,同向标记、正反向标记、同一芯片内2个重复杂交结果的相关系数分别为0.966 0,0.889 5,0.980 2。研究结果证实,cDNA芯片技术具有高度的可靠性,可以鉴定出显著差异表达基因,并构建高质量的基因表达数据库,通过3次生物学重复和2次技术重复试验(采用正、反向标记)即可克服绝大部分试验误差。     

低钾胁迫下烟草根系差异表达基因的cDNA-AFLP分析

烟叶含钾量是评价优质烟叶重要品质指标,大量研究认为钾元素的吸收和积累是由植物基因型所控制,而在烟草转录水平上的低钾胁迫的应答机制方面,尚未见报道.本实验为鉴定烟草低钾胁迫响应基因,应用,cDNA-AFLP技术,对低钾胁迫下烟草NC89根系基因表达进行了mRNA指纹分析,通过240对引物组合的筛选,共得到324个差异表达转录衍生片段.对其中9个TDF进行了克隆、测序和序列分析.结果表明:其中7个TDF涉及逆境响应,氨基酸的转运与代谢,转录调控及钾吸收,2个TDF为功能未知.     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp.Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害.miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miR...     

利用cDNA-AFLP技术分析小麦应答低磷胁迫的特异表达基因

以磷高效小麦品种石新828为材料,采用cDNA-AFLP技术,鉴定了短期(1~6 h)、中期(12~48 h)和长期(72~144 h)低磷胁迫根系特异上、下调表达基因的表达序列标签(EST)。共有非重复的上调ESTs 142个,下调ESTs 94个。胁迫下的前者分别含短、中和长期23、53和66个;后者分别含短、中和长期17、39和38个。对其功能比对发现,上调ESTs在功能上归属于信号转导、转录调控、代谢、逆境响应、发育、物质运输、脂类代谢和功能未知等类别,下调EST除上述类别外,还含有蛋白质合成和降解等类别。部分转录因子基因(如水稻OsPTF1和拟南芥ZAT10高度同源的转录因子基因)、促分裂原激酶基因MAPK1a、钙依赖蛋白激酶基因CPK1A和蛋白激酶基因(如serine/threonine kinase)、高亲和磷转运蛋白基因(PHT3和PT2)、过氧化物酶基因(如peroxidase 73)和谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione S-transferase),受到低磷胁迫的特异增强诱导,在改善小麦植株对低磷胁迫的适应能力中可能具有重要作用。研究表明,小麦对低磷胁迫的响应,在分子水平上存在着植株感受低磷胁迫信号和信号转导、进一步在生理生化方面对胁迫信号产生应答等复杂的过程。     

渗透胁迫下烟草叶片基因的差异表达研究

为了解干旱胁迫下烟草的抗旱机制,采用拟南芥基因芯片检测了PEG渗透胁迫（－1.2 MPa）48 h后烟草叶片中基因表达的变化。在31 182个基因微矩阵点中,有效差异表达（ratio值≥2或≤0.5）的基因为135个,上调50个,下调85个。其中包括一些具有防御功能的上调表达基因如两个普遍胁迫蛋白（USP）和与渗透调节物质海藻糖合成有关的基因ATTPS11及多个参与复制、转录和翻译等过程的基因MAPKK、bZIP、锌指蛋白、组蛋白His1-3、脱水响应DREB转录因子、WRKY转录因子家族、分子伴侣等,MAPKK具最大上调幅度,为3.94倍（序列号为At1g51660）。而参与光合作用的6个PSⅠ的光捕获复合体中lhca3和PSⅡ的光捕获复合体中核编码基因的lcb1、lcb2、lcb5、lcb6、lcb4.2的基因表达下调。还检测到38个未知基因,它们的差异表达可能跟渗透胁迫诱导有关,是我们下一步研究的重点。通过分析这些特异表达基因,揭示出一些潜在的生物学规律,为研究烟草逆境生理学提供了有价值的信息。     

甘蓝型油菜响应低氮胁迫的表达谱分析

随着人们对作物产量的需求不断提高,氮肥被过量施用,而作物的氮素利用率(NUE)却在不断降低。本研究从低氮胁迫下油菜的生理变化入手,结合高通量的数字基因表达谱测序技术,分析了油菜在低氮0、3、72h下的转录组差异响应,鉴定了氮的吸收﹑转运﹑分配和转录因子等方面的差异表达基因。结果表明,甘蓝型油菜在低氮处理后,氮优先分配到地上部,硝酸还原酶(NR)活性显著降低,而谷氨酞胺合成酶(GS)活性升高,油菜植株总氮浓度降低, NUE升高。基因基因本位论(GO)功能与京都基因和基因组百科全书(KEGG)代谢通路分析表明,地上部差异表达基因主要是参与代谢过程、蛋白结合、离子结合、阴离子结合等,根中差异表达基因主要是参与分子功能、初级代谢过程、离子结合、阴离子结合等。基因表达谱分析表明,低氮胁迫72 h后,根中BnaGLNs家族基因表达大部分升高;根中BnaWRKY33s和BnaWRKY70s的基因表达量降低;BnaMYB4s、BnaMYB44s和BnaMYB51s亚家族中的大部分基因的表达量降低;BnaNIAs家族中的大部分基因表达上调;在BnaNRT2.1s和BnaNRT3.1s亚家族中,根中Bna...     

毛白杨12种microRNAs的低温胁迫差异表达分析

为了探讨microRNAs (miRNAs)在杨树低温胁迫不同时间段的差异表达规律,初步鉴定参与杨树低温胁迫响应的miRNAs,以重要乡土树种毛白杨为材料,进行不同时间段(0、8、14、20 h)的低温胁迫(4℃)处理,分别提取小片段RNAs (<200 nt),利用实时定量PCR技术研究毛白杨在低温胁迫后12种miRNAs的差异表达规律。结果显示,miRNAs的表达在低温胁迫下有显著变化,且呈现动态反应。在低温胁迫下,大部分miRNAs的表达受到抑制。miR168a、miR169ac、miR394a-3p、miR530a的表达量在各个时间段显著下调。该研究初步表明,miRNAs在调控毛白杨对低温胁迫的反应中起着重要作用。     

低温胁迫下马铃薯的数字基因表达谱分析

以马铃薯品种合作88为材料,利用数字基因表达谱(DGE)技术,对–2℃低温胁迫处理后的马铃薯叶片c DNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明,有28 505个基因受低温胁迫诱导差异表达,其中上调表达基因13 703个,下调表达基因14 802个。GO功能显著性富集分析表明,DEGs主要涉及信号生物代谢过程、氧化还原过程、能量代谢、次生代谢过程以及催化活性。KEGG富集分析表明,上调表达基因主要富集于苯丙烷、光合作用天线蛋白、类胡萝卜素的生物合成、苯丙氨酸代谢及淀粉与蔗糖代谢途径,而下调表达基因主要富集于植物激素信号转导途径。利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)验证4个DEGs在低温胁迫条件下的差异表达,其结果与DGE分析结果基本一致,证实了DGE测序结果的可靠性。     

棉花盐胁迫下叶片miRNAs的鉴定与分析

microRNAs(miRNAs)是一类21~24个核酸长度的非编码小分子RNA(sRNA,small RNA),通过介导目标mRNA的切割或者抑制翻译来调节植物基因的表达。本文利用200 mmol·L-1NaCl分别处理3叶期耐盐品系早熟长绒7号和盐敏感品系南丹巴地大花4 h,构建了4个小RNA文库并测序。以雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii L.)D5基因组和本实验室陆地棉(Gossypium hirsutum L.)盐胁迫转录组测序拼接得到的序列作为参考,共发现360个miRNA,包括308个保守的miRNA和52个可信度高的新miRNA。2个品系共出现94个差异表达的miRNA,表达模式可分为2大类,筛选出20个候选miRNA。KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)分析表明,耐盐品系显著富集的信号通路是抗原加工过程,而盐敏感品系显著富集的是生物碱合成途径。     

铝胁迫条件下小麦根系特异表达基因的研究

利用尼龙膜点阵杂交技术,由耐铝胁迫小麦品系OK91G106根系构建的cDNA差减杂交文库中,鉴定出29个铝胁迫特异诱导基因,包括20个已知生物学功能的基因和9个功能未知基因。这20个已知功能基因归属于植物体内细胞信号转导、活性氧清除、维持膜结构稳定、苹果酸分泌和细胞保护等等类别。表明在铝胁迫下,植株体内在短时间内发生了感受铝胁迫逆境信号并进行了信号转导,调控了植株对铝胁迫逆境响应的复杂分子生物学过程。Northern印迹对5个铝诱导基因转录本的检测结果与尼龙膜点阵技术获得的结果相一致。本研究鉴定出的铝诱导基因中含有1个苹果酸转运蛋白基因,表明苹果酸分泌量的增加可能是供试小麦响应和抵御铝胁迫逆境的重要机制之一。     

基于转录组测序的向日葵对干旱胁迫及复水差异表达分析

为研究向日葵在不同程度干旱胁迫下基因的表达调控模式,对抗旱自交系(17062)和非抗旱自交系(167072)分别进行干旱胁迫0、4、8、12、16 d以及复水处理,本研究设置干旱胁迫第8天、第16天以及复水处理与各梯度的对照组进行转录组测序分析。共设有6个差异分组,经过测序共得到277.31G的Clean data,Q30碱基>91%,平均GC含量为45.37%。样品间进行差异基因筛选,得到的DEG数量分别为2365、2571、3149、2692、4593、4980。对各差异基因进行GO和KEGG功能注释,GO分析表明,6个比较组参与生物过程差异基因较多,参与细胞组分的次之,参与分子功能的较少;KEGG分析表明干旱胁迫对向日葵的植物激素信号转导、蔗糖与淀粉代谢、氨基酸代谢有较大的影响,对生理特性的测定显示可溶性糖和可溶性蛋白与正常供水相比具有上升趋势,表明在逆境胁迫下,植物会通过对基因的表达调控的调节来改变相关生理生化代谢途径。本研究通过对向日葵叶片进行转录组分析,对揭示抗旱分子机制及相关代谢途径具有重要意义。     

弱光胁迫对烟草幼苗生长发育的影响和相关基因qRT-PCR分析

为研究弱光胁迫对烟草生长发育的影响及特异性响应基因的表达,本研究测定了不同光照处理下烟草幼苗苗期天数以及农艺性状指标和光信号传导相关基因的差异表达模式,并分析了这些基因表达与烟草光信号转导间的关系。结果表明:弱光胁迫对于不同生育时期烟草的生长发育产生了极大的影响,具体表现为烟苗生育期延长,农艺指标均下降。在此过程中,钙感受器基因CAS、类钙调素蛋白基因CML19、钙依赖性蛋白激酶基因CDPK9、CDPK14以及ACRE20基因均在弱光胁迫处理后下调;然而钙/钙调素依赖性蛋白激酶基因CCaMK则出现上调;蔗糖磷酸合成酶基因SPSC和RuBisCo小亚基基因rcbS出现大幅下调;然而捕光叶绿素a/b结合蛋白基因CAB21的表达出现大幅上调。研究发现,弱光胁迫抑制了大部分响应钙素及光信号基因的表达,而仅有少数基因表现负调控。这些结果可为后续开展烟草遗传改良提供科学依据。     

水稻品种生殖生长期耐冷性及其低温胁迫下MADS-box基因表达差异分析

选用来自中国不同稻作生态的4个特殊常规水稻品种:辐恢838(普通籼稻)、月亮谷(云南高海拔籼稻)、C418(普通粳稻)和丽粳11号(云南高寒粳稻),于减数分裂期和开花期分别低温(16℃)处理5d后又恢复5d,研究低温下生殖生长期的冷胁迫效应(花粉育性,结实率,百粒重下降程度)及相关MADS-box基因差异表达情况。结果表明:四个品种生殖生长期耐冷性由低到高排列依次是:辐恢838相似文献   

河北杨脱水素基因(Phdhn1)的克隆与胁迫表达分析

为了鉴定河北杨中的脱水素基因并研究其在逆境胁迫中的表达规律,以初步分析脱水素基因在河北杨逆境胁迫中的调控功能,在实验室前期工作的基础上设计引物,通过PCR方法扩增河北杨cDNA文库获取脱水素基因,并通过半定量RT-PCR方法研究其在逆境中的表达情况。结果表明,河北杨脱水素全长基因856 bp,共编码227个氨基酸。同源性分析表明,河北杨中的脱水素基因与已知的其他杨树脱水素高度同源,因此将该基因定名为Phdhn1。半定量RT-PCR结果表明在干旱、低温、高温、高盐及ABA溶液不同时间段(0、0.5、1、2、5、10、24 h)的胁迫下,河北杨Phdhn1在干旱、ABA以及低温胁迫下均出现表达差异。该研究初步阐述了Phdhn1的逆境表达模式,说明了Phdhn1在河北杨逆境胁迫中起到的重要作用。     

甘蔗CIPK23基因克隆及对低钾、干旱、盐胁迫的响应

本研究采用RT-PCR技术从低钾胁迫的甘蔗根系中克隆得到一个长度为1 749 bp的与CBL互作的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,命名为Ss CIPK23(Gen Bank登录号为KM981737),包含1 350 bp的开放阅读框(ORF),可编码一个449氨基酸残基的多肽。Ss CIPK23具有CIPK基因家族典型的蛋白激酶结构域和NAF调控结构域。进化树分析显示Ss CIPK23与其他作物的CIPK23关系较近,具有较高的保守性。q PCR分析结果表明,在低钾、干旱和盐胁迫下,Ss CIPK23的表达都发生改变。在低钾胁迫24 h后Ss CIPK23相对表达量开始上升,而且随着胁迫时间的延长,相对表达量持续增加;而在干旱和盐胁迫下,相对表达量最高出现在48 h,随后表达量开始下降,暗示了该基因在低钾、干旱和盐胁迫下发挥重要的调控作用,可为深入研究Ss CIPK23基因功能奠定坚实的基础。