红肉火龙果(Hylocereus polyrhizus)果实与茎转录组测序分析

为探讨红肉火龙果果实和茎转录组模式及可溶性糖和甜菜苷色素积累的分子基础,采用Illumina HiSeq 4000技术对果实果肉和茎进行转录组测序。共获得28.81 Gb的Clean read,组装获得79 658个Unigene(54.98 Mb),平均长度为690 bp。35 139个Unigene能够在NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、COG、PFAM和GO数据库中注释。大量Unigene参与多条代谢途径,包括碳水化合物和氨基酸代谢、次生代谢、柠檬酸循环、果糖和甘露糖代谢等。在果实果肉中上调表达的Unigene主要参与淀粉、蔗糖代谢途径和谷胱甘肽代谢,在茎中上调表达的Unigene主要参与碳代谢和光合作用代谢。筛选获得5个与果实可溶性糖和甜菜苷色素积累的重要候选Unigene。本研究结果克隆的火龙果果实可溶性糖和甜菜苷色素积累相关功能基因,对探讨基因的生理功能和调控机制,改良火龙果果实品质提供重要基础。     

茶树β-淀粉酶基因CsBAM3的克隆及其响应低温的表达模式

β-淀粉酶(BAM)是植物中参与淀粉水解的关键酶类,在应对非生物胁迫中发挥重要作用。从前期茶树冷驯化转录组分析中分离到1个参与淀粉代谢的差异表达基因,cDNA全长克隆及序列分析鉴定该基因为拟南芥BAM3同源基因,命名为CsBAM3。该基因编码548个氨基酸残基,与拟南芥的BAM1和BAM3一起归为第Ⅱ亚家族,推测为叶绿体定位、具有淀粉水解活性的β-淀粉酶编码基因。启动子克隆及序列分析显示该基因可能受生理节律、光、低温及多种激素等信号共同调控。CsBAM3在叶片中表达量最高,茎和花中表达量较低,根中基本不表达。CsBAM3在冷驯化初期被显著上调且一直保持相对较高的水平。成熟叶片及嫩芽(一芽二叶)中的CsBAM3均可以被4℃及0℃低温显著上调,且嫩芽中基因的表达量上调幅度明显高于成熟叶。模拟倒春寒低温条件下,检测不同萌发阶段新梢中CsBAM3的表达情况表明,CsBAM3在鲜叶初展的嫩芽中即可快速受低温诱导。以上结果表明,CsBAM3是茶树中调控淀粉水解的一个重要β淀粉酶编码基因,在茶树成熟叶和嫩芽受到不同低温胁迫时其表达可被快速诱导。     

灵武长枣嫁接和根蘖繁殖植株果实转录组差异分析

为解析嫁接繁殖和根蘖繁殖灵武长枣果实糖和酸转化差异,本研究以两种繁殖方式的成熟期果实为材料,利用高通量测序平台Illumina/Nova-Seq 2500进行了转录组测序,对转录组数据质量评估获得两样品的序列长度分别为24.48 Gb (嫁接)和28.64 Gb (根蘖),错误率为0.03%,GC含量44.11%～44.56%,Q30大于90.54%,转录组数据与冬枣基因组序列比对,所有的转录组Reads均分布于冬枣12条染色体上,基因定位的Reads数量嫁接繁殖比根蘖繁殖多;差异表达基因分析筛选到27个显著差异表达基因,其中9个显著上调,18个显著下调;GO富集分析表明15个差异基因显著富集到GO的三大功能类别分子功能、细胞组分、生物过程中;KEGG富集分析表明10个差异表达基因显著富集到12条代谢通路中,其中包括3个上调基因和7个下调基因;进一步筛选到调控糖及有机酸代谢关键差异基因BAM1、PCO和HAOX1在淀粉和蔗糖代谢、牛胆素和亚牛磺酸代谢、乙醛酸和二羧酸代谢中显著表达,并在糖和有机酸的相互转化中起着关键调控作用。本研究表明嫁接繁殖和根蘖繁殖灵武长枣果实在糖和有机酸代谢存在差异,为灵武长枣优质果品繁育提供理论基础。     

低温胁迫对冰菜转录组水平响应分析

利用二代高通量测序技术对低温胁迫处理的冰菜进行测序,构建冰菜转录组数据库.分别得到24.13 Gb有效数据和24045条Unigene的注释,得到DEGs 1902个(T0 vs T1)和2134个(T0 vs T2).T0 vs T1组和T0 vs T2组分别有40和41个功能小类化归GO数据库;分别有20和24个功能分类注释到KOG数据库;155和272条基因注释到KEGG数据库,并分别富集在74和105条代谢通路.T0 vs T1组DEGs主要注释到植物信号转导等4个代谢通路;T0 vs T2组DEGs注释到苯丙醇类生物合成等11个代谢通路,其中正向影响代谢途径:丙酮醇类生物合成、嘌呤代谢、谷胱甘肽代谢、脂肪酸代谢、类黄酮代谢、氨基酸的生物合成代谢途径等;负向影响代谢途径:植物-病原互作、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等途径.通过对淀粉和蔗糖代谢途径关键基因分析表明:低温胁迫1 h (T1),海藻糖6-磷酸合酶、海藻糖-6-磷酸酯酶、β-淀粉酶、葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶、糖原磷酸化酶等5个关键基因表现为上调表达,未见下调表达基因;低温胁迫36 h (T2),海藻糖-6-磷酸合酶、己糖激酶、β-淀粉酶等3个关键基因上调表达,葡萄糖内酯-1,3-β-葡萄糖苷酶基因下调表达.选取淀粉和蔗糖代谢途径中8个DEGs,经RT-qPCR分析,8个DEGs的相对表达量与转录组表达水平相符.     

转反义trxs基因小麦种子萌发过程中碳代谢的变化

为了揭示反义硫氧还蛋白基因（anti-trxs）在抗穗发芽小麦中的作用机制。以转反义 trxs 基因小麦株系为材料,对转基因株系和对照种子萌发过程中硫氧还蛋白h活性、淀粉酶活性、可溶性糖和淀粉含量进行了检测。结果表明,转基因小麦籽粒 trxh、α-淀粉酶和β-淀粉酶活性均显著低于对照;淀粉降解和可溶性糖生成速率明显下降。发芽1~5 d,转基因小麦种子trxh、α-淀粉酶和β-淀粉酶活性分别比对照下降24.5%、40.4%和23.0%;淀粉降解和可溶性糖生成速率分别比对照降低23.7%和23%。     

水稻(Oryza sativa L.)α-淀粉酶基因的进化及组织表达模式

α-淀粉酶在植物特别是谷类萌发种子淀粉降解中具有重要作用。水稻α-淀粉酶基因的结构、进化和表达研究已有报道,但多集中于OsAmy1和OsAmy3这两个亚族内基因间以及发芽种子中。不同亚族间的基因结构、进化及更多组织和时期的表达特点尚缺乏细致研究。本研究通过TblastN同源性比对及保守结构域分析揭示水稻基因组含有11个α-淀粉酶基因。生物信息学分析、系统进化树构建及半定量RT-PCR分析表明,该家族基因在结构上发生了明显的分化,具有清晰的进化层次,OsAmy5A和OsAmy4A是家族中较原始状态的基因;在表达和功能上也发生了明显分化,进化水平较高的基因发生了明显的时空表达特异性分化。OsAmy1A、OsAmy3A及OsAmy3D和OsAmy3E分别在保证种子植物世代传递、维持种子休眠过程中胚的微弱生命活动及保证种子萌发过程中能量的稳定持续供应上具有重要作用。     

苹果β-淀粉酶基因MdBAM3的克隆和低温响应表达分析

淀粉酶(BAM)介导的淀粉降解广泛参与植物生长发育和非生物胁迫响应等生物学过程。从前期苹果低温诱导转录组研究中分离到1个参与淀粉代谢的差异表达基因片段,克隆其cDNA全长并进行序列分析。结果表明该基因与拟南芥AtBAM3同源,命名为MdBAM3 (GenBank登录号:KX276144.1)。该基因开放阅读框长度1 641 bp,编码546个氨基酸。该蛋白含有完整的葡萄糖基水解酶结构域,保守的葡萄糖基水解酶结构域外环和内环结构,以及2个谷氨酸催化残基,该蛋白包含40个氨基酸残基的cTP (Chloroplast transport peptides),表明MdBAM3蛋白是定位于叶绿体的β-淀粉酶。利用实时荧光定量PCR技术分析模拟低温(4℃)和自然低温条件下MdBAM3的表达响应及组织表达模式,该基因受4℃模拟低温诱导快速表达;自然低温下该基因在叶芽、花芽、韧皮部中的表达均显著上调,在叶芽中表达量最高,具有组织特异性,且随植株休眠的进行呈先升后降的趋势,推测MdBAM3在苹果低温胁迫响应中具有重要功能。     

水稻中一个SUSIBA2相似基因的克隆与表达分析

大麦SUSIBA2是一个WRKY转录因子,它能够识别糖响应元件,激活异淀粉酶基因iso1和淀粉分支酶基因sbeIIb的表达,从而影响胚乳中淀粉的合成。我们根据SUSIBA2的序列,从水稻基因组序列中搜索到一个与其相似的WRKY基因（称为SUSIRI）,含6个外显子。采用RT-PCR技术,我们从水稻的幼穗中克隆到该基因的cDNA,全长为1921bp,其中ORF长1755bp,可编码584个氨基酸,并具有典型的双WRKY结构域,与大麦的SUSIBA2相似度达81%。Northernblot分析结果显示,该基因在水稻抽穗至种子成熟的发育过程中,在稻穗中的表达活性是逐渐减弱的。     

黑果枸杞bHLH转录因子家族的生物信息学分析

植物转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的作用。BHLH转录因子是植物转录因子中最大的家族之一,不仅影响植物生长发育、胁迫响应,还参与调控信号转导和激素合成。为了丰富bHLH家族在不同物种中的系统研究,本研究通过对枸杞属植物黑果枸杞的bHLH家族进行全面分析和鉴定,结果表明,通过对注释得到的132个非冗余的黑果枸杞bHLH基因家族成员进行亚细胞定位预测,发现81个b HLH转录因子定位于细胞核中,48个定位于细胞外。黑果枸杞bHLH蛋白含2个保守结构域,碱性区含有高度保守序列His5-Glu9-Arg13,与靶DNA结合相关;螺旋区内Arg-25和Arg-55完全保守,参与二聚体形成。黑果枸杞bHLH蛋白结构域有多个氨基酸位点保守性较高,其中98个bHLH蛋白具有E-box结合功能,19个出现频率高于50%的保守位点,属于bHLH典型结构域序列特征。黑果枸杞bHLH家族含有3种保守基序,黑果枸杞bHLH基因全部成员可分为22个亚族。随着黑果枸杞果实的发育,bHLH家族基因的表达存在差异,有48个bHLH转录因子基因随果实的发育成熟呈现出表达量上调,共有41个bHLH转录因子基因随果实的发育成熟表达下调。     

CPPU处理猕猴桃常温贮藏过程中果实糖含量相关基因的表达分析

为了解析采前CPPU处理的猕猴桃果实贮藏性与未处理果实的差异及相关的分子调控机制,以清水为对照,评价了盛花后用20 mg/L CPPU处理果实在常温贮藏下可溶性固形物、可滴定酸及可溶性糖含量的变化,并用转录组分析鉴定出与可溶性糖变化相关的候选基因。结果表明,无论处理还是对照,可溶性糖含量在贮藏过程中呈逐渐上升趋势,但CPPU处理果实的可溶性糖含量始终低于对照果实。转录组分析表明,CPPU处理抑制了淀粉和蔗糖代谢中的基因Achn087691(编码磷酸己糖异构酶)以及果糖和甘露糖代谢中基因Achn203191(编码磷酸丙糖异构酶)的表达,并促进淀粉和蔗糖代谢中基因Achn069851(编码己糖激酶)前期表达,但对基因Achn161931(编码尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶)、基因Achn206141(编码尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸酯-4-表异构酶)和基因Achn295291(编码果胶甲酯酶)表现为前期抑制、中期促进、后期抑制。由此推测,20 mg/L CPPU处理明显影响了徐香猕猴桃果实中可溶性糖含量及糖代谢相关基因的表达,致使果实常温贮藏过程中可溶性固形物和可溶性糖含量降低,且提前软化。     

青稞籽粒灌浆期淀粉代谢酶活性与淀粉积累特征的关系研究

为探究青稞籽粒灌浆期淀粉合成酶活性与淀粉组分的积累之间的关系,选用3个青稞品种甘垦5号、北青6号和昆仑12号为材料,对灌浆期籽粒淀粉代谢相关酶活性的变化及淀粉积累特征进行了研究,并分析了两者之间的关系。结果表明,籽粒干重积累曲线拟合为logistic方程,支链淀粉和直链淀粉最大灌浆速率均出现在花后20~23d,之后下降。随着灌浆的进程,3个青稞品种的淀粉合成酶AGPP、GBSS、SSS和SBE均呈现先上升后下降的趋势,而淀粉降解酶α-淀粉酶和β-淀粉酶呈现先下降后上升的趋势。相关分析表明,直链淀粉积累速率呈先上升后下降的趋势,与AGPP和GBSS的活性变化呈显著正相关;支链淀粉积累速率同样呈现先上升后下降的趋势,与AGPP、SSS和SBE的活性变化呈显著或极显著正相关;直链淀粉和支链淀粉积累速率与3个青稞品种的α-淀粉酶呈负相关,与3个青稞品种的β-淀粉酶呈显著或极显著负相关。     

不同时期采收的南果梨后熟过程中糖分的变化规律

研究了不同时期采收的南果梨果实后熟过程中糖分变化规律,结果表明：不同时期采收的南果梨在后熟过程中,果实中的果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖的含量呈“上升-下降”的趋势,并且达到高峰的时间不同;淀粉被快速降解;山梨醇含量始终呈下降的趋势;晚采收的果实,各种糖分及总糖的含量达到高峰所需时间较短并且含量高于早采收的果实,维持高峰时间的时间长;不同时期采收影响南果梨后熟过程中的糖分组成及含量。     

香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因MaSSⅢ-1的分子特征与时空表达模式

为弄清香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因(MaSSⅢ-1)的分子特征及时空表达模式,以‘巴西蕉’果肉为试材,采用PCR法进行MaSSⅢ-1基因克隆,通过Quantitative real-time PCR (qPCR)和Western blot技术对MaSSⅢ-1基因及其蛋白表达模式进行分析。结果显示:MaSSⅢ-1基因cDNA全长为2397 bp,编码798个氨基酸,包括4个典型的结构域,GenBank登录号为KU757067。MaSSⅢ-1基因在香蕉根、球茎、花和苞片中表达量较低,在叶、果皮和果肉中表达量较高;随着香蕉果实发育,MaSSⅢ-1基因表达量逐渐上升,在抽蕾后50～60天达到最大;随着果实采后成熟,MaSSⅢ-1表达量在采后5天达到最大,随后逐渐下降。在香蕉果实不同发育及采后成熟阶段,MaSSⅢ-1蛋白呈现出与mRNA水平相一致的表达趋势。证明MaSSⅢ-1基因的表达不仅涉及到香蕉果实支链淀粉合成代谢,可能还涉及采后早期果实成熟或者支链淀粉降解。     

甜瓜CmMYBL基因调控类黄酮合成的功能分析

MYB类转录因子对植物的次生代谢具有重要的调控作用,广泛地参与了类黄酮代谢途径,在植物果实品质调控及抗病性中发挥作用。本研究以甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L. cv Hetao)为试材,对转录组数据中甜瓜果实成熟期高表达的CmMYBL (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog like gene)(MELONOMICS登录号:MELO3C003633)基因进行了克隆。利用实时荧光定量PCR技术对其在甜瓜果实发育成熟中的表达模式进行了分析,同时构建了基因的超表达及RNAi表达载体,利用子房注射法转化了甜瓜,经PCR及RT-qPCR方法检测,已经分别获得了2个转基因甜瓜株系。定量分析结果显示,该基因随着果实的成熟其表达量逐渐增加,在成熟时达到最大。对T2代转基因果实中类黄酮合成相关基因分析显示,超表达果实中查尔酮合成酶基因CmCHS (Chalcone synthase)、查尔酮异构酶基因CmCHI (Chalcone isomerase)和黄烷酮-3-羟基转移酶基因CmF3H (Flavanone-3-hydroxyltransferase)的表达量显著高于对照果实,而RNAi果实中CmCHS和CmCHI的表达量显著低于对照果实,CmF3H的表达量略低于对照果实。类黄酮含量分析显示,超表达CmMYBL基因的甜瓜果实中类黄酮含量显著增加,而RNAi果实的类黄酮含量相对较低。本研究初步鉴定出CmMYBL基因对甜瓜类黄酮的合成具有促进作用,为甜瓜类黄酮合成调控的研究提供了理论基础,同时为提高甜瓜果实品质的基因工程提供候选基因。     

甘蔗‘桂热2号’和‘桂柳05136’成熟期转录组比较分析

‘桂热2号’和‘桂柳05136’分别属于晚熟和早熟的甘蔗高糖新品种。对这两个品种的叶片和茎秆组织混样进行转录组测序分析,比较基因表达差异性,筛选和克隆可能参与糖分合成的相关基因。采用相同时期的种间对比和不同时期的种内对比两种方式,设置4个对比组,着重以KEGG和GO数据库分析转录组总体以及在糖分合成相关领域的基因差异表达情况。结果发现与糖分合成相关的5种酶基因序列97条及功能未知的多个高表达基因,后续可以通过构建转基因甘蔗验证体系验证高表达基因的功能,完善糖分代谢的分子机制理论,开发高糖分子标记甚至是构建高表达转基因品种。     

与甘蔗间作的花生叶片转录组分析

为研究间作甘蔗对花生相关基因的表达调控及响应机制,以花生叶片作为材料,使用Illumina NovaSeq 6000高通量测序技术,对间作花生离甘蔗较近的边行(IPA_leaf)、间作花生离甘蔗较远的中间行(IPB_leaf)及单作花生(MP_leaf)叶片进行转录组的测序分析。将各样本获得的转录组数据进行两两比较,MP_leaf_vs_IPA_leaf、MP_leaf_vs_IPB_leaf和IPB_leaf_vs_IPA_leaf的差异表达基因数分别是1 806个、968个、1 302个,其中上调表达基因分别占61.13%、48.24%、65.05%。GO功能富集分析显示差异表达基因主要涉及细胞壁组织或生物合成、碳水化合物生物合成与代谢过程、细胞多糖生物合成与代谢过程、细胞葡聚糖生物合成与代谢过程、催化活性、氧化还原酶活性及过程等。KEGG富集分析表明差异表达基因主要涉及的代谢通路有苯丙素类生物合成、α-亚麻酸代谢、淀粉和蔗糖的代谢、类黄酮生物合成等。本研究通过花生叶片转录组分析,为研究间作花生叶片基因的表达调控机制提供基础数据资料。     

西瓜果实糖分积累研究综述

西瓜果实糖分的积累类型是“中间类型”。其光合产物是棉籽糖和水苏糖,并以此形式运输,但是最终进入果实的糖分仍然是蔗糖。因此,蔗糖是许多果实中糖积累的主要形式,是果实品质形成的重要因子。在西瓜果实糖分积累的过程中,蔗糖转化酶、蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶是三种最为重要的代谢酶。同时,它们控制着另外两种糖分:果糖、葡萄糖的合成与转化。使得西瓜果实在成熟时各种糖分的积累达到蔗糖、果糖、葡萄糖含量平衡,产生西瓜特有的风味。     

枣裂果相关的基因筛选

为了解枣果实开裂与基因表达的关系,并筛选出与裂果相关的基因,本研究以易裂品种‘伏脆蜜’为材料,利用Illumina测序平台对裂果和非裂果部位果皮进行转录组测序分析,结果表明裂果部位和非裂果部位两个样品中分别获得10 025和10 041个表达基因,其中9 802个基因在两个样品中都有表达,有223个基因在裂果部位中特异表达,有239个基因在非裂果部位中特异表达;在裂果果皮部位对比非裂果果皮部位中筛选出差异表达基因161个,其中上调表达基因39个,下调表达基因122个。通过对基因功能和KEGG代谢通路上基因差异表达筛选,主要在合成木质素的通路上发现2个基因(gene16874和gene17086);在植物激素信号转导中,发现1个AUX/IAA (gene26281)、1个ARF (gene22744)和1个SAUR (gene7576)及1个JAZ(gene2607)基因;在植物病原体相互作用代谢通路中,2个CML (gene19427和gene19466)基因;在淀粉和蔗糖代谢通路中,有1个β-淀粉酶(gene32293)基因和1个Endoglucanase 12 (gene3673)基因。结合转录组数据分析和利用RT-qPCR验证,上述10个差异表达基因在裂果果皮中都高表达,说明这10个基因可能参与裂果的发生过程。     

石榴NAC转录因子家族的生物信息学分析

NAC (NAM-ATAF1/2-CUC2)是植物特有的转录因子大家族之一,其参与植物叶片的衰老、花的形成、种子的发育、根的发育、次生细胞壁的合成、激素的信号转导、果实的成熟及着色等生长发育过程。本研究基于石榴基因组数据库,从中鉴定了73个NAC基因;运用生物信息学方法分析NAC基因家族的蛋白理化性质、基因结构、保守结构域、进化和基因表达。结果表明,NAC基因可分为9个亚族。基于不同组织器官的转录组数据,分析了Pg NAC基因的表达模式,发现Pg NAC30有可能在石榴根系的发育中起重要作用;Pg NAC3和Pg NAC13有可能参与调控石榴种子大小,Pg NAC32有可能调控石榴果实成熟发育,Pg NAC49参与调控石榴种子木质素的生物合成。该研究结果为石榴NAC家族基因功能研究,探索NAC调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。