水稻植物激素响应低温胁迫反应的转录组分析

植物激素在调节和控制植物生长发育、代谢过程、应对逆境等方面具有重要的作用。为明确水稻苗期植物激素对低温的应答机制,本研究以野生型粳稻品种‘中花11’为研究材料,经低温处理后,利用RNA-Seq技术分析植物激素调控水稻幼苗对低温胁迫的应答模式。通过转录组测序,共获得9.9×10~7条干净的序列,筛选出2 044个差异表达基因(DEGs)。首先,GO富集分析结果表明差异表达基因主要富集在生物学过程、细胞组分和分子功能三个方面。进一步的KEGG通路分析表明,差异表达基因主要富集在代谢途径、次生代谢生物合成、植物激素信号转导等途径。其中植物激素信号转导中低温应答的差异表达基因为31个,分别为25个上调表达基因和6个下调表达基因;主要参与了茉莉酸和脱落酸信号途径。这些研究结果对水稻苗期植物激素的低温应答机制完善和栽培调控具有重要的参考价值。     

水稻苗期耐冷性差异的转录组分析

低温冷害是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐冷新基因以及揭示其可能的机制并应用于新种质创制和新品种选育,是提高水稻耐冷性的重要途径之一。本研究以日本晴(Nip)为对照,对耐冷品种P427的表型和扫描电镜表皮组织观察,显示P427具有更强的苗期耐冷性。进而对低温处理后的水稻幼苗转录组进行测序,结果显示P427与Nip共有12 056个差异表达基因(DEGs),P427独有2 984个DEGs。对DEGs进行Pathway显著性富集分析发现,P427和Nip共有的DEGs主要富集在代谢途径、次生代谢物的生物合成等途径。而P427独有的DEGs主要集中在泛素介导的蛋白水解、内质网中的蛋白质加工、植物激素信号转导等途径。结果暗示激素信号转导、苯丙氨酸代谢通路、光合作用、次生代谢生物合成等途径可能在水稻苗期冷胁迫响应中起主导作用。植物对低温的响应是涉及多个基因和多个信号传导途径的复杂过程,本研究扩展了对植物低温冷害耐受性的复杂机制的理解,为今后开展水稻和其他谷类作物的耐冷性研究提供了理论依据。     

山核桃(Carya cathayensis)种子生长发育过程转录组的初步分析

山核桃(Carya cathayensis)是浙江省重要的经济树种,其种子脂类含量极高,达69.80%~74.01%。本研究采用Illumina Hi Seq TM 2000高通量测序技术对高油种子生长发育过程(6个时间点)采集的种胚及胚乳进行转录组分析,经组装拼接共获得Unigene 110 959条,占总转录本数的53.93%,并有39 560个Unigene至少在7个数据库中的一个数据库中获得注释。这些注释的基因GO分类共涉及47个生物学功能,KOG分类成26组,KEGG代谢通路分成5个分支。基因差异表达分析表明,胚乳在种子生长发育被吸收的过程中基因表达量不低,上下调基因数均是先增加后减少,而同一时间点上下调胚与胚乳差异表达基因(DEG)数均逐渐增加。DEG聚类分界点在7~8月之间。初步发现山核桃种子生长发育过程涉及脂类合成的途径21个,相关基因571个。这些结果为山核桃日后成油机理的研究打下了基础。     

基于转录组测序枣胚发育过程差异表达基因分析

为了探索枣胚发育的分子机理,本研究使用Illumina高通量测序平台对中度可育枣品种‘冷白玉’四个发育时期(原胚,小球形胚,心形胚,鱼雷形胚)的幼胚进行转录组测序,共获得135 743 080条高质量Reads,Q3092.88%。样品间共筛选出2 333个差异表达基因,其中有19个差异表达基因是所有样品组合共有的。原胚与小球形胚的幼胚(L2 vs L3)间的差异表达基因(differentially expressed gene, DEG)基因数(867)明显多于其他组合,小球形胚与鱼雷形胚(L3 vs L5)间的DEG基因数(503)明显多于原胚与心形胚(L2 vs L4)间的DEG基因数(498)。GO富集分析显示,四个发育时期的DEG主要共同富集到分子功能、细胞组分、生物过程等GO条目。KEGG富集分析发现,四个时期的DEGs主要共同富集到次生代谢合成、代谢过程、植物信号转导通路,主要参与了苯丙氨酸代谢、α-亚麻酸代谢、氰氨基酸代谢、光合作用-天线蛋白质等代谢途径。通过转录组测序分析了不同发育阶段的‘冷白玉’枣幼胚差异基因表达状况,为寻找枣胚发育的相关基因提供理论参考。     

猪毛菜不同部位转录组特征分析

本研究以猪毛菜的地上部分和地下部分为实验材料,通过转录组测序分析探讨猪毛菜不同组织部位的基因表达特征和代谢物质形成有关的基因调控。测序数据分析结果显示获得192 777条转录本序列。差异表达筛选得到14 424个差异基因,其中上调表达基因6 137个,下调表达基因8 287个;GO功能富集分析得到14 424个差异基因。差异基因与KEGG数据库进行比对,共有5 169个差异基因注释在138个通路上,其中参与次生代谢途径共11条通路呈显著性富集。进一步分析黄酮类化合物合成和异喹啉生物碱生物合成通路中的差异基因和其对应的相关酶。随机选取了黄酮类化合物合成通路上的8个基因,通过RT-qPCR分析验证了转录组数据的准确性。本研究利用高通量测序技术和生物信息分析获得猪毛菜不同部位的转录组信息特征,为猪毛菜的药用成分研究和基因功能鉴定提供了科学依据。     

基于转录组数据解析大花君子兰花瓣花青素代谢差异

大花君子兰是世界上重要的观赏植物,其花瓣颜色在花蕾不同发育时期具有显著差异。本研究通过对花蕾3个不同发育时期花瓣进行高通量转录组测序,进而探讨君子兰花瓣发育过程中与其花色相关的基因表达情况。结果表明,共获得167 078条转录本,平均长度为673 bp,有67 512条Unigenes在各数据中被注释。GO功能富集中有24 162条基因被注释,分为分子功能、细胞组分和生物过程3大类和50个亚类。KEGG代谢通路注释中,12 930条被成功注释,主要富集与花青素合成相关的通路,包括苯丙素生物合成途径、类黄酮生物合成途径、异黄酮生物合成途径、花青素生物合成途径和苯丙氨酸代谢生物合成途径。君子兰花蕾在3个发育时期时花青素合成途径中一些关键酶(如CHS, CHI, DFR)和调控基因(MYB和bHLH)的表达量出现了显著差异。     

基于转录组测序分析的黄精种子休眠解除相关差异基因研究

旨在获得黄精转录组数据库并挖掘参与其种子发育和休眠解除相关基因,以休眠解除前后的黄精种胚为试材,利用新一代高通量测序手段对供试样品进行转录组测序,并进行系统的生物信息学分析。黄精种子休眠解除前后样品中共得到79716个差异表达基因,上调的表达基因有60074个,下调的表达基因有19642个。休眠解除前后的黄精种胚中共有130284个差异表达基因被GO功能注释到生物进程、分子功能和细胞组分3个大类56个亚类,注释的差异表达基因与代谢过程、生物调控、细胞组分合成和酶催化活性等密切相关。KEGG代谢通路结果表明,共有65038个差异表达基因,涉及138个代谢通路,主要参与碳代谢、次生代谢产物的生物合成和多糖的代谢。基于KEGG数据库中注释结果,共发现15条与黄精种胚休眠解除相关的代谢通路。黄精种子发育与休眠解除过程,大量的种胚形态建成、多糖分解及蛋白质合成差异基因参与表达,并涉及到多个代谢途径的相互作用,构成复杂的休眠解除调控网络。     

基于高通量测序的露地菊(Chysanthemum×grandiflora)盐胁迫转录组分析

为揭示露地菊生长发育及耐盐胁迫的应答机制和分子基础,本研究以盐胁迫处理的露地菊及其对照为材料,使用Illumina Hiseq2500高通量测序平台对转录组进行测序,分别获得了60370448和71415448条Clean reads,通过序列拼接组装得到45591条Unigene,平均长度724 bp。有37675条Unigene在七大数据库(COG,GO,KEGG,KOG,Pfam,Swiss-Prot,NR)中得到注释。通过比对露地菊盐胁迫处理组和对照组样品间Unigene的表达量及在各数据库中的注释情况,统计得到:有4143条差异表达基因获得注释;有2441条差异表达基因在GO数据库中获得功能注释;注释到COG数据库中的2281条差异表达基因依据功能可分为25类;有1062条差异基因映射到KEGGPathway数据库中,涉及了199个代谢通路,包括核糖体途径、植物激素信号传导途径、淀粉蔗糖代谢、碳代谢、氨基酸的生物合成等。本研究获得的转录组数据将有助于揭示露地菊生长发育及耐盐胁迫的应答机制和分子基础,及相关抗性基因的挖掘和分子辅助育种等方面的研究。     

白芨块根生长发育转录组分析

本研究以1年生、2年生和3年生的白芨根为研究材料,通过BGISEQ-500高通量测序平台进行转录组测序,测序结果共获得76 552条Unigenes序列。与七大数据库相似性比对结果显示,得到注释的Unigenes共有52 219条,占所有Unigenes的68.12%。对3个不同年限的白芨根转录组数据进行比较分析,共发现37 825条差异基因,涉及了47种生物功能,可划分为分子功能、细胞组分和生物学过程三大类。通过KEGG富集分析发现共涉及134条信号通路,主要的信号通路为代谢通路和次生代谢产物合成通路。共有59条关键酶差异基因参与了甘露糖的合成途径,多条途径参与了葡萄糖的合成;12条根膨大相关的差异基因参与了白芨根的膨大生长调控。RT-qPCR分析验证了与根膨大和糖代谢相关的6个具有代表性的基因表达与转录组结果趋于一致。本研究结果为进一步深入研究白芨根生长发育和活性成分的生物合成的分子调控机制提供理论依据。     

桃叶片低温响应转录组分析

抗寒是桃育种工作重要的目标性状,受多个基因的调控,转录组测序是对特定生理条件下的转录本进行测序分析,用以深入探究桃叶片低温响应的分子机制。以熊岳巨桃的叶片为试验材料对4℃低温(LT)处理下和正常叶片(RT)进行转录组测序分析。利用DESeq2进行差异表达分析,获得72个上调差异表达基因和3个下调表达基因。KEGG代谢通路分析差异表达基因的代谢通路,并进行蛋白的互作预测。结果显示,低温处理的叶片呈现卷曲、变黄和失水的生理状态,差异代谢基因主要富集在植物病原体互作、MAPK信号通路和次生物质代谢积累等途径。MYC2、SPCH和Pti4～6转录因子可能在响应冷胁迫中调节低温带来的伤害中起到重要作用,MYC2和CBF蛋白预测相互作用,且分别与多个蛋白互作。本研究表明,有多个代谢途径共同响应桃叶片的低温胁迫,还预测到了可能在冷反应调节途径中起到关键作用的相关转录因子,为探究桃响应冷胁迫的分子机制打下基础。     

植物响应干旱的转录组学研究进展

转录组测序技术,能从mRNA水平全面地研究物种基因功能及特定的生物学过程,利用该技术能研究植物在干旱逆境下所有基因的表达水平情况,有助于揭示植物对干旱的应答机理。本研究综述了利用转录组技术揭示的干旱胁迫下植物信号转导、内源激素、光合作用、活性氧清除、渗透调节、次级代谢、细胞壁构建等途径中的差异基因表达情况,并展望了今后的研究趋势,以期为植物干旱研究提供参考。     

花生干旱胁迫响应基因的数字表达谱分析

以抗旱性强的花生品种丰花5号为材料,利用Solexa高通量测序技术对15% PEG处理后的花生叶片cDNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明,转录组基因表达表现出高度的不均一性和冗余性,低于10个拷贝的标签占总标签种类的73.1%,但其表达量只占总标签表达量的9.0%。根据已知序列信息鉴定出935个差异表达基因,其中64.5%下调表达。基因功能分析表明,差异表达基因广泛涉及糖、蛋白、核酸和脂类等生物大分子代谢、能量代谢以及次生代谢过程。在花生干旱响应基因表达谱分析中,发现9个类黄酮代谢相关基因在干旱胁迫下显著上调表达,其中4个编码类黄酮合成酶类,3个编码甲基转移酶,2个编码MYB转录因子。通过半定量RT-PCR对花生苯丙氨酸解氨酶基因(AhPAL)表达分析表明,15%PEG干旱胁迫6 h诱导该基因显著表达。推测类黄酮代谢在花生干旱胁迫响应中起重要作用。     

PEG胁迫下玉米转录组差异性分析

为了明确玉米响应PEG胁迫的关键表达基因,比较PEG胁迫下玉米基因表达的差异,本实验利用RNA-seq对正常灌溉和干旱胁迫的玉米进行转录本测序和数据分析,共获得12358个差异表达基因,其中5275个基因为上调表达,7083个基因为下调表达。对差异表达基因进行COG功能分类,共得到23个不同的COG功能,其中翻译后修饰,蛋白质转换,伴随蛋白681个,占7.74%;信号传导机制功能有转录本675个,占7.67%;转录506个,占5.75%。KEGG通路显著富集到光合作用-天线蛋白、光合生物的固碳作用、卟啉和叶绿素代谢、脂肪酸降解、精氨酸和脯氨酸代谢、磷酸肌醇信号等生命代谢途径。     

氮素胁迫对水稻根系影响的转录组分析

养分胁迫会直接影响水稻的生长发育,相对于地上部分,根系往往较早感知环境胁迫。为了研究水稻根系对养分胁迫响应的分子机制,通过Illumina Hiseq2000平台测序,对氮素胁迫下水稻根系转录基因表达情况进行分析。结果表明,氮素胁迫诱导根系出现了2 270个差异转录基因,其中上调表达的有1 176个,下调表达的有1 094个。采用GO功能分类和Pathway功能注释,可将注释的基因划分为48个功能类别118条代谢途径,包括糖酵解、脂肪酸代谢、氧化磷酸化、氨基酸代谢、淀粉蔗糖代谢等生物学过程。部分根系关键基因表达变化表明,氮素胁迫诱导大量新生蛋白质合成,形成各种酶类,促进新RNA合成,从而形成了更多的新生蛋白质。氮素胁迫诱导根系IAA积累更多来自极性运输,参与植物细胞伸长发育的EGase基因及木质素特异合成途径的关键酶(CCR)表达量发生上调,这些转录基因表达量的变化是根系受养分胁迫刺激而发生了伸长生长的内在机制。     

基于转录组测序筛选黄牛低氧适应性相关差异基因

为探明藏黄牛对低氧适应的相关差异表达基因并分析差异表达基因功能和代谢通路,以藏黄牛和三江黄牛心脏组织为研究对象,提取总RNA,建立测序文库后利用Illumina HiSeqTM 4000进行测序,经生物信息学分析筛选出差异表达转录本,并对差异表达基因进行GO富集和KEGG通路分析,最后采用荧光定量PCR(RT-qPCR)验证测序数据的准确性。结果表明:藏黄牛相比于三江黄牛得到显著差异表达基因608个,其中上调基因467个,下调基因141个,推测表达量较高的B2M、COX7C、NFATC1、ECE1、CAST基因是与低氧适应性相关的基因;差异转录本GO功能富集分析可知,在分子功能、细胞组分、生物过程分别富集到327,253,2 191个条目,其中富集程度最高的条目分别是细胞发育过程、结合与转录因子活性、细胞前缘。KEGG分析结果表明,差异转录本显著富集在8条通路,筛选低氧适应性候选基因NFATC1是MP-PKG信号通路与T细胞受体信号通路成员,推测其通过cGMP-PKG通路与T细胞受体信号通路参与低氧适应性调控。采用高通量测序技术对藏黄牛和三江黄牛心脏组织进行转录组测序分析,获得大量差异表达基因,为研究动物低氧适应性机制奠定基础。     

转录组与蛋白组技术结合分析水稻耐低温分子机制

低温冷害是影响水稻生长发育最严重的非生物胁迫之一。鉴定水稻耐冷相关功能基因、解析其调控耐冷性的分子机制,对水稻耐冷性分子育种有重要意义。本研究以强耐冷的粳稻品种‘丽江新团黑谷’(LTH)和低温敏感的籼稻品种‘三黄占2号’(SHZ-2)为材料,通过全基因组转录和蛋白表达谱分析这两个品种对低温响应的差异,鉴定LTH和SHZ-2差异表达的基因和蛋白及其信号通路。研究显示,两个材料中差异表达基因主要富集在蛋白代谢途径、糖代谢途径和膜转运相关途径等生物学过程,并发现抗病相关防卫基因在抗病但不耐冷的SHZ-2中上调,而在耐冷但不抗病的LTH中没有显著上调,表明水稻抗病性与耐冷性存在内在关系。此外,还发现LTH和SHZ-2之间存在很多在转录水平和翻译水平表达差异不一致的基因。本研究从转录和翻译水平对耐冷和低温敏感两个水稻品种在低温胁迫下的响应进行分析,研究结果促进对水稻苗期耐冷性分子调控机制的全面认识,并为下一步水稻耐冷基因的鉴定和耐冷性分子机制的深入研究奠定基础。     

基于转录组筛选肉牛骨骼肌差异基因

旨在基于转录组筛选肉牛骨骼肌差异基因,探究差异基因对骨骼肌转录调控的影响,鉴定其与肌肉生长发育的关系,为研究骨骼肌生长发育的分子机制提供理论依据。采取12月龄的布莱凯特黑牛和鲁西黄牛背最长肌,利用Illumina 2500进行转录组测序,通过综合生物信息学分析(差异基因筛选、GO分类、KEGG富集分析和蛋白互作网络等)筛选骨骼肌差异的调控基因。布莱凯特黑牛和鲁西黄牛2个文库分别存在13 242,13 350个基因,共计13 758个基因。5 500个基因表达量相同,约占总参考基因的39. 98%,8 258个基因表达量有所不同,占比60. 02%。获得554个差异显著的基因作为差异表达基因,其中296个基因表达上调,258个基因表达下调。GO功能注释结果显示,生物学过程、细胞组分和分子功能分别包括22 641,7 720和4 414个基因,其中29个基因与肌细胞的发育和分化有关; KEGG富集到Wnt、CMC、TGF-β、DCM、ROAC、VSMC 6条肌肉生长发育相关通路,筛选骨骼肌候选基因MYL2、MYL3和MYLPF。MYL2、MYL3和MYLPF是Wnt、DMC和TGF-β信号通路中的成员,参与了肌细胞和肌肉组织的形成的过程,推测MYL2、MYL3和MYLPF在骨骼肌生长发育过程中发挥重要作用。     

枯萎病菌诱导感、抗陆地棉品种的基因表达谱分析

选用陆地棉抗枯萎病品种中棉所12和感枯萎病品种新陆早7号,利用Solexa高通量测序技术分析棉花幼苗受到枯萎病菌侵染后3 h和6 h根部组织的基因表达谱。中棉所12受病菌侵染后3 h与0 h相比,6 h与0 h相比以及6 h与3 h相比,分别鉴定出4447、5481和2559个差异表达基因;新陆早7号分别鉴定出8615、6727和2078个差异表达基因;2个品种比较,在3 h和6 h分别鉴定出1879个和500个差异表达基因。基因功能分析表明,差异表达基因划分为生物学过程、细胞组分和分子功能注释本体,并进一步细分为48个功能类别。代谢通路分析显示,中棉所12和新陆早7号在枯萎病菌侵染后的6 h与0 h相比鉴定出的代谢通路(Pathway)最多,均有126条;在枯萎病菌侵染后6 h,2个品种相比鉴定出的代谢通路最少,仅有89条。各个比对组的代谢通路涉及的基因可被划分为次生代谢产物的生物合成、多糖的生物合成和代谢、环境适应和免疫系统等13类。在环境适应和免疫系统分类中存在着植物与病原菌相互作用代谢通路,涉及到996个已知功能的差异表达基因,有444个基因上调表达,552个基因下调表达。其中,差异表达基因最多的是WRKY转录因子家族基因,其次为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,而DNA损伤修复/耐受性蛋白,JAZ1、RAR1和RPM1互作蛋白,S位点的特异性糖蛋白S6前体以及钙牵引蛋白等6类基因参与该代谢通路的数目最少。最后随机抽取6个基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与测序结果一致。     

转录组学鉴定高粱营养器官间功能差异的决定基因

本研究采用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术,对高粱根、茎和叶的转录组进行测序以及生物信息学分析,以期鉴定出决定营养器官功能异质性的核心基因。结果表明,转录组测序获得165 413 338条原始测序序列(Raw reads),过滤后获得160195618条序列(Clean reads);共鉴定出33204个基因及230685个可变剪接事件;三种营养器官基因表达模式的相似度较低,共筛选出10 083个差异表达基因,其中在不同营养器官均有表达差异的决定基因1320个。对决定基因进行GO富集分析,得到2946个GO功能注释(p0.05),分布于光合作用、结构分子活性和细胞组成相关的GO项中;KEGG富集分析表明差异基因在光合作用、黄酮和黄酮醇生物合成以及叶酸参与的"一碳单位"代谢途径富集程度显著。本研究为深入探讨高粱营养器官间功能差异性机制及器官特异性启动子克隆等工作奠定了数据基础。     

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。