无瓣海桑根响应盐胁迫的转录组分析

目的 初步探究无瓣海桑的耐盐分子机制,筛选出无瓣海桑抗盐候选基因,为后续功能验证实验及林木抗盐性遗传育种奠定分子基础。 方法 以1年生无瓣海桑幼苗为材料,用500 mmol·L−1 NaCl分别处理0 d（对照组）和10 d（处理组）,取不同条件下的根部组织进行转录组测序,并结合三代全长转录组数据进行后续生物信息学分析。 结果 （1）与对照组相比,NaCl处理10 d后,无瓣海桑幼苗根系中共有14401个差异表达基因,其中,7153个上调,7248个下调。（2）GO分析发现,共有11068个差异基因在47个GO 条目得到注释。（3）在KEGG富集分析中,共有6189个差异基因富集到134条通路,其中,共有14条通路显著富集（P值<0.01,Q值＜0.05）。（4）通过进一步对差异基因进行功能注释分析,共筛选出抗盐候选基因89个,其中,抗氧化基因24个,渗透调节物质基因22个,植物激素基因19个,蛋白激酶基因10个,转录因子基因14个。 结论 活性氧清除、渗透调节、植物激素、蛋白激酶及转录因子相关基因参与调控无瓣海桑盐逆境适应过程。     

金丝楸幼苗响应盐碱胁迫的生理和转录组分析

目的 研究不同盐碱胁迫对金丝楸幼苗生长、光合和生理指标的影响,并结合转录组测序分析,探究楸树耐盐碱的生理机制和分子机制。 方法 采用盆栽法对金丝楸幼苗进行不同盐碱胁迫处理,分析其生物量、光合及生理指标对不同盐碱响应的差异,采用Illumina高通量测序技术进行转录组测序,通过生物信息学分析盐碱胁迫对转录水平的影响。 结果 不同盐碱胁迫下,金丝楸幼苗叶片受伤害程度为Na2CO3>混合盐碱>NaCl;新增株高和地径、地上部和根的干质量和鲜质量、生物量、根冠比均受到明显抑制,并随盐碱浓度增加而抑制加强,但生长胁迫指数均随浓度的增加而降低;丙二醛（MDA）含量和相对电导率都随胁迫浓度增加而不同程度上升,超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖含量、脯氨酸（Pro）含量、叶绿素总量和光合速率都呈现先上升后下降的趋势。转录组测序共产生约60.4 Gb原始数据,组装得到55 793个Unigenes,其中29 534（52.93%）个Unigenes获得了注释;通过差异表达基因（DEGs）分析,3个比较组（CK vs NaCl,CK vs Na2CO3 和 CK vs 混合盐碱）分别筛选出1 779、2 835和4 059 个DEGs;DEGs GO富集分析表明,膜的整体成分、膜的内在成分、催化活性、类异戊二烯代谢和合成过程、氧化还原酶活性等条目被显著富集;DEGs KEGG分析表明,苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、萜类主干生物合成和精氨酸代谢等通路被显著富集;此外,在DEGs中鉴定的bHLH、ERF、MYB-related、NAC、C2H2、WRKY、MYB和bZIP转录因子家族成员最多。 结论 金丝楸主要通过积累可溶性糖和Pro,提高SOD酶活和光合作用来抵御盐碱胁迫,但都呈现“低促高抑”的现象,说明其具有一定阈值。金丝楸通过调节膜成分、催化活性、类异戊二烯代谢和生物合成过程、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导等生物过程和代谢途径,并结合有关转录因子共同响应盐碱胁迫。本研究为深入研究楸树耐盐碱生理机制和分子机制提供科学的理论依据。     

基于转录组分析椰心叶甲啮小蜂复壮和保种种群差异表达基因

为了明确椰心叶甲啮小蜂Tetrastichus brontispae响应种群退化的关键功能基因,通过对比其复壮和保种种群的转录组数据,对差异表达基因进行GO富集分析,并将差异基因在KEGG数据库中进行对比,获得显著性富集的通路注释信息.结果表明:相较于复壮种群,保种种群共有553个差异表达基因,其中206个基因上调表达...     

秋茄低温胁迫转录组分析及脱落酸信号途径基因挖掘

目的 深入了解秋茄响应低温胁迫的分子机制以及培育秋茄的抗寒新品种。 方法 以耐寒红树植物‘龙港’秋茄1年生容器苗为实验材料,15 ℃处理12 h为对照组（CK）,−5 ℃处理12 h为低温组（LT）,采用 Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序,挖掘脱落酸信号途径相关基因。 结果 转录组测序共鉴定到148个转录因子,分属于25个转录因子家族,其中,ERF、NAC、WRKY、bHLH、MYB、bZIP、HB-other和MYB-related等家族所包含的基因数量较多,分别为17、14、12、12、10、9、6和6;差异组共筛选到1 330个差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）,其中,698（52.48%）个上调表达,632（47.52%）个下调表达; KEGG通路富集分析发现,DEGs显著富集在植物激素信号转导、苯丙素生物合成、半乳糖代谢、光合作用-天线蛋白和α-亚麻酸代谢等通路中; 脱落酸信号途径相关基因 KoPYL1、KoABF1和KoABF2上调表达,KoPP2C1和 KoABF3下调表达,且这些基因表达情况与qRT-PCR验证结果一致。 结论 ERF、NAC、WRKY、bHLH、MYB、bZIP、HB-other和MYB-related等家族转录因子对秋茄响应低温胁迫起重要调控作用。植物激素信号转导、苯丙素生物合成、半乳糖代谢、光合作用-天线蛋白和α-亚麻酸代谢等是秋茄响应低温胁迫的重要KEGG通路。脱落酸信号途径中的KoPYL1、KoPP2C1、KoABF1、KoABF2和KoABF3基因可作为后期研究秋茄响应低温胁迫的重要候选基因。     

麻竹笋转录组测序及苦涩味物质合成基因差异表达分析

[目的]研究避光处理对麻竹笋苦涩味物质合成相关基因表达的影响。[方法]利用Illumina HiSeq~(TM)2500平台对自然生长(CK)和覆土处理(EP)2种类型的麻竹笋进行转录组测序,并对差异表达基因进行分析。[结果]转录组测序共获得36.45 Gb原始数据,经组装去冗余处理得到53 388个Unigene,将所得Unigene比对到Nr、Pfam、COG、Swissprot、GO和KEGG数据库中进行功能注释,发现共有31 462条Unigene与其它物种的基因具有同源性。对CK和EP处理所测得的Unigene进行表达量的比较分析,筛选出1 846个差异基因,其中,在EP处理中上调表达基因998个,下调表达基因848个。由KEGG代谢通路分析发现,差异基因显著地富集在32个代谢途径中,其中,包含与苦涩味物质合成相关的糖酵解途径、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸合成途径等。进一步研究发现,参与麻竹笋芳香族氨基酸、单宁合成的PFK、ENO、PPY-AT/HPP-AT、LAR等酶基因在EP处理中表达量下降,荧光定量PCR验证结果与测序结果基本一致。[结论]避光处理抑制了苯丙氨酸、酪氨酸、单宁生物合成关键酶基因的表达,可能最终影响麻竹笋苦涩味物质的合成。     

杉木施肥引发基因表达响应机制的转录组分析

【目的】从基因表达水平上,研究施肥引起杉木基因表达变化规律,为杉木施肥理论与MAS育种实践,提供科学依据。【方法】以开化1年生的杉木无性系开6扦插苗为研究对象,4种施肥处理,每处理三个重复,采用Illumina HiSeq4000高通量测序技术进行测序,对测序结果进行无参转录组分析。【结果】1)转录组测序共产生clean reads5.0E+07 nt到7.1E+07 nt,总拼接长度724341090 nt,通过Trinity组装,获得了74288个unigenes(基因),然后将组装序列在6个数据库(Nr,Swiss-prot,eggNOG,KEGG,Pfam,GO)进行BLASTX分析,获取功能注释信息;2)韦恩图揭示基因对不同施肥处理的响应是:在-P-N1-VS-WT比较组中,未施肥处理,有4650个特异表达基因,其中包含了若干耐性基因,其它比较组也获得了相应的结果。杉木施肥诱导一些基因的开启和上调,同时也导致一些基因表达的关闭或下调;不同处理间的表达差异基因数在不同施肥组间变化很大,显著差异表达基因从施磷与对照比较组的429个到施磷与施氮比较组的4942;3)差异表达极显著基因的热聚类分析结果,揭示同一比较组,不同处理间基因表达是互补的关系:同一基因要么高表达,要么低表达;4)GO富集与分类显示施肥对杉木影响显著的基因主要定位在叶绿体、细胞骨架、细胞膜、细胞核、细胞质上;5)GO富集分析的结果表明施氮(磷)肥,不仅可以促进氮(磷)的吸收与代谢,而且也能促进磷(氮)的吸收与代谢;6)对施磷肥与氨酰基-tRNA大分子化合物合成的生理生化过程进行了分析。基于以上研究结果:今后可对转录组分析获得的重要基因进行研究,其结果可用于指导杉木施肥和杉木营养遗传育种MAS选择。【结论】RNA-seq高通量测序技术,对于研究非模式植物(包括基因组比较大的针叶树)施肥分子机制,是一种快速而简便的方法。研究结果表明,施肥不仅激活了与N、P的吸收、转运和利用有关的基因表达,还下调了与生长发育和光合作用有关的基因表达。施肥促使杉木的生长发育向着适应环境、竞争资源和生长发育的方向发展。     

唐古特白刺悬浮细胞对盐胁迫的生长与生理响应

以唐古特白刺悬浮细胞为研究对象,对比分析了不同盐(Na Cl)浓度(0、100、150、200、250 mmol·L-1)胁迫下细胞生长状态和可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)等生理生化指标随培养时间的动态变化及其相关性。结果表明:(1)盐胁迫对白刺悬浮细胞生长状态影响明显,细胞生长符合Logistic生长曲线模型,其中,盐浓度100 mmol·L-1胁迫下白刺悬浮细胞生长速度最快,之后随着盐浓度的增加细胞生长逐渐受抑。(2)盐胁迫对白刺细胞生理生化指标影响明显,在培养初期,各指标随盐浓度的增加而增加,但随着培养时间的延长这种趋势逐渐减弱,其中,脯氨酸、SOD、MDA含量在培养过程中逐渐表现为随盐浓度的增加呈先增高后降低的趋势;在相同盐浓度胁迫下,渗透调节指标中,可溶性糖含量随培养时间的延长最先达到最大值,抗氧化酶中的SOD较POD更早达到最大值,分别是渗透调节和抗氧化酶调节的第一道防线。(3)白刺细胞鲜质量分别与可溶性糖、丙二醛含量呈极显著和显著负相关,各生理指标之间的相关性均达极显著正相关,表明盐胁迫下白刺细胞内生理生化的平衡是通过多种物质的协同作用来调节的。     

不同氮形态处理条件下杨树根尖差异表达基因的特征分析

目的 利用高通量转录组测序技术,在硝态氮或铵态氮处理条件下,对杨树根尖差异表达基因进行了筛选和研究,同时分析和描述了差异表达基因对杨树根尖生长发育的影响,为后续开发高氮素吸收利用效率的杨树新种质提供科学依据。 方法 以灰杨幼苗根尖为材料,用0.5 mmol·L−1硝态氮（NO3−）和0.5 mmol·L−1铵态氮（NH4+）对幼苗处理10 d,并对植株根尖进行转录组测序以及生物信息学分析。 结果 硝态氮处理下的主根长度几乎是铵态氮处理条件下的一倍。从两种不同氮形态处理杨树根尖转录组文库中,筛选到2207个差异表达基因。通过差异基因GO和KEGG功能聚类分析,分别获得50个GO功能聚类和20条KEGG通路。进一步利用MapMan分析,筛选出36个氮代谢通路过程、各类氨基酸的生物合成以及代谢过程相关的差异表达基因。对这些差异基因互作调控网络分析发现,硝酸还原酶（Potri.005G172400）基因通过响应不同氮形态,在影响杨树根尖生长发育过程中发挥了重要作用。 结论 本研究获得了不同氮形态处理条件下杨树根尖差异表达基因,并对差异表达基因功能进行分析,有助于理解杨树通过响应不同氮形态影响根尖生长发育过程的分子机制。     

2种白刺对盐胁迫的代谢响应机制

【目的】研究盐胁迫下2种白刺叶片代谢物及其代谢通路的变化,以揭示白刺对盐胁迫的代谢响应机制,为有效提高白刺对盐碱地的持续生物改良及适应性研究提供理论依据。【方法】对唐古特白刺和西伯利亚白刺实生苗进行300 mmol·L-1Na Cl胁迫处理,蒸馏水处理为对照,采用GC-TOF-MS代谢组学方法,分析盐胁迫对2种白刺叶片代谢物及其代谢通路的影响。【结果】1)与未胁迫处理相比,盐胁迫后唐古特白刺叶片存在差异代谢物11种,其中8种显著上调,包括1种脂肪酸、5种有机酸、1种醇和1种碱基衍生物;而西伯利亚白刺叶片中存在差异代谢物108种,其中106种显著上调,包括51种氨基酸、22种糖、11种脂肪酸、8种有机酸、7种醇、5种生物碱以及2种维生素。2)通过KEGG注释可将唐古特白刺的差异代谢物富集到6条代谢通路中,拓扑分析筛选到与代谢物差异相关性最高的关键路径为硫代谢、TCA循环及二羧酸循环;而西伯利亚白刺的差异代谢物可被富集到46条代谢通路中,其中,氨基酸代谢多达13条,筛选到的关键路径为缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成、C5支链二元酸代谢、泛酸和Co A生物合成。【结论】2种白刺对盐胁迫有不同的代谢响应机制。唐古特白刺通过以有机酸为主的11种代谢物参与盐胁迫响应,并通过加强以硫代谢为主的6条代谢通路来应答盐胁迫。西伯利亚白刺通过以氨基酸、糖、脂肪酸为主的108种代谢物参与盐胁迫响应,并通过加强以氨基酸代谢为主的46条代谢通路应答盐胁迫。西伯利亚白刺参与盐胁迫调控的代谢物较唐古特白刺种类更多,代谢途径更广,对盐胁迫的代谢响应更为显著。     

基于高通量转录组测序筛选马尾松抗松材线虫病相关基因

目的 研究马尾松抗松材线虫病相关基因,为解析马尾松抗性机理和高抗马尾松早期选择提供理论依据。 方法 对高抗和易感2种马尾松基因型接种松材线虫,在接种后第1、15和30天取样进行转录组高通量测序,通过对高抗和易感马尾松差异基因识别以及富集分析,以筛选与抗松材线虫病相关的组成型差异基因。 结果 对高抗和易感马尾松接种松材线虫后的转录组进行比较,在接种后第1、15和30天分别获得2 866、679和1 657个差异基因,且在接种松材线虫后不同时间点间,共有差异基因相对较少。对差异基因进行GO富集分析,结果显示：在接种后第1、15和30天,最显著的生物学进程是氧化-还原过程,而GO项刺激反应、转录调节以及香叶基二磷酸代谢过程也显著富集。对这几类GO项相关基因进一步分析,发现接种后3个时间点GO项刺激反应中共包括26个R基因,除了2个R基因外,其它R基因表达皆为组成型,在接种松材线虫和对照间差异不显著,而GO项转录调节中仅2个差异基因被nr注释为 ERF 转录因子,其余为未知基因。接种松材线虫后, ERF 转录因子在高抗马尾松上的表达量始终高于易感马尾松上的表达量,且在接种松材线虫和对照间表达量变化不显著,也为组成型基因表达。GO项香叶基二磷酸代谢过程中, GGPPS 3个基因也在高抗马尾松上具有更高表达量,为组成型基因表达。这些基因中 TIR-NBS-LRR 基因（c65785.graph_c0）、 ERF 转录因子（c78073.graph_c0）和3个 GGPPS 基因在高抗马尾松中表达量较高,而在易感马尾松中表达量较低,甚至为0,可作为开发分子标记的候选基因用于鉴定抗性马尾松。 结论 高抗和易感马尾松在接种松材线虫后第1天其表达量差异达到显著水平的基因最多,其中, LRR 基因、 ERF 转录因子和 GGPPS 与马尾松的抗性相关,部分 TIR-NBS-LRR 基因、 ERF 转录因子和 GGPPS 有望被开发为鉴定高抗马尾松的分子标记。     

基于马尾松干旱转录组的抗旱功能SSR位点分析

[目的]了解马尾松干旱胁迫转录组序列的功能分布和SSR位点分布特征,并探索与干旱关联的SSR位点。[方法]对马尾松幼苗进行持续干旱胁迫,选取干旱10、15、25 d及正常供水对照的马尾松针叶样品,通过总RNA提取、Illumina测序、raw reads去冗、Trinity拼接获得unigenes。利用Blast比对,对Unigene序列进行GO、KOG、KEGG功能注释及分类;利用Misa软件进行SSR位点批量搜寻,primer 3. 0软件进行规模化SSR引物设计;利用GOSeq(1. 10. 0)、KOBAS(v2. 0. 12)软件对差异表达的含SSR位点Unigene进行GO、KEGG显著性富集分析。[结果]马尾松转录组194 821个Unigene中,101 806个Unigene获得注释,包含64 943个GO功能注释、35 880个KOG功能注释及30 882个KEGG注释。搜寻到6 728个SSR位点,分布于6 367个Unigene中,SSR出现频率为3. 45%;重复类型以单、三、二核苷酸为主,分别占总SSR的35. 82%、33. 03%和25. 22%;重复基序以A/T、AT/AT、AG/CT、AGC/CTG、AAG/CTT为主;基序长度以10 20 bp的短序列SSR为主;基序重复次数以5～10次重复占优势;批量设计13 338对SSR引物。422个含SSR位点Unigene具有差异表达; KEGG富集分析发现,有11个含SSR位点的差异Unigene参与了光合作用、植物激素信号传导及类胡萝卜素合成等3个与干旱响应相关的代谢途径。[结论]从较高质量的马尾松转录组中获得101 806个具有注释的Unigene;从6 367个Unigene中挖掘出6 728个SSR位点; 422个含SSR位点的差异表达Unigene中筛选出11个与干旱关联的SSR功能位点,为抗旱功能基因定位及马尾松抗旱分子机制研究奠定基础。     

油茶花发育转录组测序及相关基因表达分析

通过对油茶成花过程的转录组测序及其成花相关基因的表达分析,结果表明：转录组测序总共获得28448847个 reads,5742023480 bp 数据量,GC 含量为46.52%;拼接成大于200 bp 以上的 Unigenes 有94476条,N50长度为806 bp,其中1 kbp以上的Unigenes 共12643条,占Unigene总数的13.38%; Unigenes 在各数据库中功能注释数目,在 COG中有9095条,在 GO中有27201条,在 KEGG中有6431条,在 Swissprot中有24534条,在TrEMBL中有36393条,在Nr中有36400条,在Nt中有30858条;茎尖中FLC,FCA和FT基因表达量较 AP1,AP2和 PI 基因低,FT基因( ID：Unigene60063)是油茶成花的关键基因,PI 基因( ID：Unigene56059)与雄蕊发育关系紧密。     

湿地植物在盐胁迫下的生理代谢响应研究

采用3.5%的Na Cl溶液分别对碱蓬、三七景天和星星草等3种植物进行浇灌,研究植物在生长过程中,其植株和土壤中离子含量、生物量、土壤p H值、全盐量等的变化,结果表明:在盐胁迫环境下,3种植物均表现出很强的耐盐性,碱篷植株体内可聚集大量的Cl-和Na+,但是,在碱蓬生长的土壤中含有很高的交换性钠含量,因其不断进入土壤胶体,从而加重了土壤碱性化程度;三七景天在生长过程中可有效降低土壤中的全盐量及交换性钠离子含量,对降低土壤盐碱性具有较好的作用;星星草通过迅速增加其体内可溶性糖含量来降低其渗透势,缓解体内盐分浓度,以抗盐胁迫环境,且能积累较高的干物质,保持相对稳定的含水率。因此,这3种植物都是较好的耐盐植物,可用以进行耐盐植物资源的开发和选育。