红叶山茶品种花青素苷相关基因表达水平及代谢产物分析

[目的]通过对花青素苷相关合成基因的表达水平和代谢产物的分析,系统地阐明‘金华美女’叶色变异与基因表达的关系。[方法]以‘金华美女’为材料,‘贝拉大玫瑰’、杜鹃红山茶和红山茶为参照组,使用NCBI Primer Designing Tool设计山茶DFR、ANS、LAR、ANR和UFGT基因的荧光定量引物,使用实时荧光定量PCR仪测定这5个基因在叶片4个发育时期的表达量;采用高效液相色谱仪测定对应时期的多酚合成途径的主要次生代谢产物(儿茶素、表儿茶素),以及花青素苷合成途径的主要代谢产物矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的含量。[结果]表明:(1)在4个时期中,红叶品种叶片中DFR基因表达量与对照组差异不显著,ANS、LAR、ANR和UFGT基因在4个时期的表达量与对照组存在显著差异,这说明‘金华美女’类黄酮代谢途径相关基因在表达水平上发生了改变;(2)‘金华美女’叶片中多酚含量明显低于对照组,其中,表儿茶素含量仅为0.04 0.21 mg·g-1,这说明在生理水平上,‘金华美女’叶片中多酚合成途径可能受阻;(3)‘金华美女’叶片中矢车菊素-3-O-葡萄糖苷含量达1.2 1.4 mg·g-1,4个生长阶段均显著高于对照组,这说明‘金华美女’叶片具备持续合成花青素苷的能力。[结论]根据试验结果,推断‘金华美女’叶色变异的主要原因可能是由于花青素还原酶基因的表达水平受到了抑制,降低了矢车菊素催化成表儿茶素的效率,使叶片类黄酮代谢途径中以多酚为主的合成方向转向花青素苷合成方向。     

土壤养分变化对红花槭叶绿素含量的影响

研究了3种不同肥料配方的3个浓度梯度对土壤养分变化的影响,及其对红花槭叶绿素含量的影响。结果表明:施肥提高了土壤的EC值,降低了土壤的pH值,使土壤的养分含量明显增加,处理效果一般为高浓度>中浓度>低浓度;施肥增加了红花槭叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量,增加幅度分别为12.6%~21.3%,4.4%~16.3%和10.5%~20.1%,不同的处理对叶绿素含量的影响不同,以Ⅰ2、Ⅲ3、Ⅱ1处理效果较佳;土壤肥力的提高尤其是土壤中N含量的增加,促进了植物光合色素的合成,进而提高植株的光能固定能力。     

紫花槭秋季叶片呈色生理变化研究

为了探寻影响紫花槭叶色变化的主要因素,从而为其园林配置提供理论依据,对紫花槭秋季叶片转色不同时期的叶色参数、色素含量、相关酶活性、碳水化合物和矿质元素含量进行了测定。结果表明:1)紫花槭叶色参数L值先上升后降低,a值呈持续上升趋势,b值呈先上升后下降再上升的趋势;2)紫花槭叶片叶绿素含量呈下降趋势,类胡萝卜素含量呈先下降后上升再下降的趋势,花色素苷含量呈上升趋势;3)苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮异构酶(CHI)、查尔酮还原酶(CHR)活性均呈先升高后降低的趋势;4)碳水化合物中蔗糖含量呈先下降后上升再下降的趋势;5)矿质元素中氮、钾含量的变化趋势相同,均呈下降趋势,磷含量呈先上升后下降的双峰趋势,镁含量呈先上升后下降的趋势,钙含量呈先下降后上升再下降的趋势。对不同色素与其他生理指标的相关性分析结果表明:叶绿素含量与氮、钾均存在极显著的正相关关系,与钙存在显著的正相关关系;类胡萝卜素含量与其他指标的相关性均未达到显著水平;花色素苷的含量与PAL、CHI酶活性和氮、钾含量间均呈极显著负相关,与CHR酶活性及钙、镁含量间均呈显著负相关,而与淀粉、蔗糖含量间均存在正相关,但不显著;色素与磷含量无明显的相关性。     

转录组和代谢组在林木真菌病害防御反应中的应用研究进展

真菌病害是林木的主要生物胁迫之一,严重影响林业生态安全和经济效益。近年来随着组学技术的突破,转录组技术和代谢组技术已成功应用于林木真菌病害研究,主要包括致病和抗病关键基因的挖掘、林木防御物质的动态合成、抗病分子育种等方面,但林木如何抵御真菌病害及其两者间的互作机制仍是今后研究的热点与难点。文中通过对林木遭受真菌侵染后的转录组信息和代谢组信息进行探讨,包括类黄酮物质合成途径、植物激素信号转导、林木防御关键基因和关键代谢物、关键防御机制及功能网络等,将在理论上丰富林木响应真菌病害侵染的过程,为林木和真菌病害的互作研究奠定基础,并为林木抗性育种和化学防治提供参考;此外,基于目前转录组和代谢组在林木真菌病害防御反应方面的研究,对林木基因组研究、多组学联合研究以及病原菌组学研究等进行展望,以期为林木真菌病害研究提供新思路。     

南美油藤种子发育过程的代谢组学和转录组学联合分析

【目的】南美油藤种子油中富含不饱和脂肪酸,是一种具有重要经济价值和应用前景的油料植物。目前影响南美油藤种子油脂合成的关键基因、途径及其调控机理尚未清晰。因此,对南美油藤种子的脂质代谢物的动态变化规律及重要脂肪酸代谢相关调控基因的研究,不仅能够为提高其种子油产量和改善油脂品质提供理论基础,也可为其他木本油料植物高效开发利用提供有价值的参考依据。【方法】选用不同生长阶段的南美油藤种子(形成初期、发育初期、中期、后期、成熟期)为研究对象,结合GC-MC代谢组学技术和高通量转录组测序技术,分析种子发育过程中脂质代谢物含量的动态变化规律,并根据种子不同生长阶段的差异表达基因寻找出脂质代谢物生物合成与累积的关联酶基因。【结果】脂质代谢组学分析发现,南美油藤种子中高含量的α-亚麻酸和亚油酸主要在种子成熟阶段合成与累积,是判别南美油藤种子中脂肪酸缓慢累积时期与快速累积阶段的依据。转录组学分析表明,南美油藤种子成熟阶段前后的基因表达存在显著差异。结合代谢组学与转录组学的分析结果显示,与脂肪酸生物合成和累积相关的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,基因家族的不同成员存在生物学功能的差异性和多样性。其中FAD2-3、FAD7、FATA、KAS2、LACS2、LACS8和SAD酶基因表达与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著正相关,说明7个酶基因表达对南美油藤种子油脂的合成与累积有促进作用;FAD2-2、KCS1、KCS10和LACS1酶基因与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著负相关,说明4个酶基因的表达对南美油藤种子油脂的合成与累积具有抑制作用。【结论】南美油藤种子成熟前后脂肪酸含量及差异表达基因存在显著差异,可依据种子中α-亚麻酸和亚油酸的含量变化将种子发育过程划分为脂肪酸缓慢累积和快速累积2个时期;南美油藤种子脂肪酸代谢中的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,且同一基因家族的不同成员在脂肪酸的累积过程中可能具有不同的生物学功能。研究结果可为利用分子生物学技术提高南美油藤种子油产量和改变脂肪酸组分提供备选基因和相应的理论基础。     

基于油脂合成期油桐种仁转录组数据的α－亚麻酸代谢途径解析

【目的】油桐种仁中产出的桐油经济利用价值极高。桐油中α－桐酸的含量高达70%,然而植物体内α－桐酸代谢通路的研究还未见报道,这对直接筛选油桐α－桐酸代谢通路相关酶基因造成一定的困难。α－亚麻酸作为α－桐酸的同分异构体,其代谢通路的研究则较为深入,能为α－桐酸代谢通路的解析提供参考。因此,本研究期望在油桐种仁转录组数据的基础上,解析油桐的α－亚麻酸代谢途径,为油桐α－桐酸代谢机理的阐明提供理论参考。此外,通过调控这些基因的表达模式以及开发与之紧密连锁的分子标记,可大大加快油桐遗传改良和分子育种的进程。【方法】采用 RNA-Seq技术对油桐种仁3个不同油脂合成期的转录组进行比较,获得大量差异表达的Unigene,并将这些Unigene归类于128个代谢途径。在此基础上,通过GO分类和Pathway富集性分析,解析油桐α－亚麻酸代谢通路并分析通路中相关酶基因在油脂合成期的表达变化规律。【结果】通过对Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期的油桐种仁RNA测序,共获得长度为200～3000个核苷酸的非冗余Unigene序列58439条,其中能够比对到公共数据库中已知基因序列的 Unigene共有41059条,占所有非冗余基因的70.3%。不同长度的非冗余 Unigene序列与数据库中序列匹配的效率不同,越长的序列匹配效率越高。序列长度大于2000 bp的序列匹配效率达到98.28%,而500～1000 bp和100～500 bp的序列分别只有78.86%和48.99%的匹配效率。3个种仁油脂合成期的转录组数据中共有105个 Unigene可被富集于α－亚麻酸代谢途径,占所有非冗余 Unigene的0.47%。从3个转录组数据的两两比较中鉴别出一些差异表达Unigene,其中也有一些可被富集于α－亚麻酸代谢途径。通过在KEGG数据库中进行检索后发现,105个 Unigene序列分别对应于14个α－亚麻酸代谢途径关键酶基因,这些基因在其他物种中都有同源基因与之对应。通过基因表达模式分析发现,整体上与合成代谢相关的基因在油脂合成期呈现上调的表达模式,而与分解代谢相关的基因则呈现下调的表达模式。【结论】在油桐种仁转录组数据的基础上,解析油桐α－亚麻酸代谢途径,获得与α－亚麻酸代谢相关的重要酶基因并分析它们在油脂合成期的表达模式,这对后续研究具有重要的启示作用。     

泡泡刺高通量转录组鉴定及其黄酮类代谢途径初步分析

[目的]为了更好的了解泡泡刺黄酮类生物合成途径及其潜在的抗逆作用,[方法]应用高通量RNA-seq测序技术对泡泡刺当年生新叶进行了转录组测序及相关生物信息学分析。[结果]表明:泡泡刺当年生叶中获得了13 013 444 total reads,总核苷酸数为1 171 209 960 bp(1.09 Gb),组装拼接后得到48 921条unigene序列;Nr、Swiss-Prot、COG、GO、KEGG等数据库分析显示,有30 407个Nr注释,19 671个Swissprot注释,9 273个COG功能注释,46 153个GO功能注释,13 654个KEGG注释,并从KEGG通路中找到参与黄酮类化合物合成途径的关键基因片段186个。[结论]本研究获得了较好的泡泡刺转录组序列信息,并且其中富含黄酮类化合物代谢途径的相关基因,这为其抗逆机制、药用价值的研究及开发利用提供宝贵资源。     

槭属2品种叶变色期花青苷含量与相关酶活性的变化

以自由人槭'秋天火焰'和红花槭'白兰地'为试材,研究槭属品种变色过程中(10月12日-11月19日),叶片花青苷含量及其生物合成相关酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查儿酮异构酶(CHI)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)和类黄酮糖基转移酶(UFGT)的活性变化.结果表明:2个品种叶片中花青苷含量随叶色的变化为单峰曲线,分别在第20和25天出现峰值;PAL,DFR和UFGT酶活性与花青苷含量均成2次曲线关系,CHI酶活性与花青苷含量呈极显著的线性关系;PAL,CHI和UFGT是'秋天火焰'花青苷合成的关键酶,CHI和UFGT是'白兰地'花青苷合成的关键酶.     

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。     

火炬松针叶与树皮代谢组比较分析

火炬松Pinus taeda是一种生长迅速、适应性强的针叶用材树种,针对火炬松针叶和树皮组织中的代谢产物的利用开发仍处于初级阶段,因此探究火炬松针叶和树皮组织的代谢产物具有重要的实际意义.研究利用超高效液相色谱和质谱联用技术(UPLC-MS/MS)对火炬松的针叶和树皮中的代谢物成分进行鉴定,并采用主成分分析、正交偏最小...     

基于中麻黄萌发种子转录组的黄酮类化合物合成途径基因的挖掘

应用新一代高通量测序技术(Illumina Solexa),对中麻黄(Ephedra intermedin)同萌期的种子进行转录组测序,数据重头(denovo)组装后,共获得52 007条Unigene序列,总长为25 043 596 bp。COG功能注释、GO分类及KEGG代谢通路分析后,获得了64 751个GO功能注释,17 701个COG功能注释以及16 942个KEGG注释,并从KEGG通路中找到参与黄酮类化合物合成途径的关键基因片段283个,其中包含了查尔酮合酶基因、细胞色素相关基因和花青素还原酶等基因。中麻黄转录组测序工作的完成,极大地扩充了麻黄的基因资源,为麻黄属植物分子系统进化分析、抗性和药用功能基因的发掘与利用、遗传改良等研究奠定基础。     

绒毛白蜡(Fraxinus velutina Torr)韧皮部响应白蜡窄吉丁(Agrilus planipennis Fairmaire)危害的转录组变化

[目的]为深入研究绒毛白蜡树响应白蜡窄吉丁危害的分子机制.[方法]以健康与受害的绒毛白蜡树树干韧皮部为试验材料,利用RNA-Seq测序技术对绒毛白蜡树韧皮部的转录组表达变化进行分析.[结果]通过对比健康与受害韧皮部的转录组数据,共鉴定出3388个DEGs,其中受害韧皮相对于健康白蜡树韧皮表达上调的DEGs有2141个,...     

油茶花芽分化后期内源激素与代谢组学差异分析

[目的]解析内源激素和关键代谢物调控油茶花芽分化的分子机制.[方法]以3个分化时期(雌雄蕊形成期、子房和花药形成期、雌雄蕊成熟期)的普通油茶花芽为研究对象,采用LC-MS和GC-MS技术分别进行内源激素和代谢物差异分析,并对差异代谢物进行PCA主成分分析和OPLS-DA分析,研究不同激素在3个分化时期的动态变化,解析关...     

发育和冷层积过程中色木槭种子发芽能力与ABA含量的变化

色木槭(Acer mono)又名色树、色木(东北)、五角槭、水色树等,属槭树科(Aceraceae)槭属(Acer)植物,落叶乔木,树高15～20m,胸径可达30cm,自然分布于我国东北、华北与长江流域中下游,朝鲜半岛、蒙古、东西伯利亚、日本亦有分布,为槭属树种中分布最为广泛的种(陈嵘,1937;高风华,2009)。色木槭树势优美,枝叶浓密,叶形秀丽,嫩叶红色,入     

偏肿革裥菌在木质环境下转录组构建与相关基因表达分析

【目的】对白腐菌偏肿革裥菌在木质和非木质环境下的转录组进行测序,为白腐菌降解木材的机制研究提供支持。【方法】采用高通量测序技术对木屑和非木屑处理条件下的菌丝样本进行转录组测序。利用eggNOG、GO、KEGG等数据库对转录本进行注释和比较分析,预测和筛选出偏肿革裥菌与木材降解有关的基因。应用荧光定量PCR(qPCR)检测mnp2等11个与木质素降解相关的差异基因在木屑处理5天条件下的表达量,结合转录组数据对这些基因的表达量变化趋势进行分析。【结果】偏肿革裥菌转录组测序共得到38.9 Gb Clean Data,各样品Clean Data平均达到6.49 Gb,各样品的Reads与参考基因组的比对效率在71.23%~74.25%之间。使用edgeR软件进行差异表达分析,得到差异表达基因898个,其中上调351个、下调547个。差异基因被注释到GO数据库的有251个,注释到KEGG数据库的有223个,注释到eggNOG数据库的有704个。eggNOG分析表明,差异基因表达多聚集在能量产生和转换、转录后修饰、蛋白质代谢、伴侣关系、次生代谢物的生物合成、碳水化合物的运输和分解代谢等功能分类下。GO分析表明,显著性富集与频率较高的生物过程是丙酮酸代谢过程、类异戊二烯生物合成过程、天冬氨酸家族氨基酸代谢过程和木质素分解过程。在KEGG通路分析中,差异基因分布到86个不同的生物途径,差异基因显著富集的代谢通路主要为:碳代谢、柠檬酸循环、芳香化合物降解、乙醛酸代谢。qPCR结果表明在木屑处理条件下基因mnp2、mnp3、lip9、lip2、laccase1和nadp的表达量明显上调;mnp10 s、mrp、cyp450-1、GroES1和GroES2的表达量明显下调,qPCR与转录组测序结果在表达量差异倍数上存在较小偏差,但整体趋势一致,可以证明转录组测序结果是正确可靠的。【结论】偏肿革裥菌降解木材与碳代谢、芳香化合物降解等通路密切相关;与木质素分解等生物过程密切相关。根据基因功能注释的结果得到11个与白腐菌降解木质素相关的重要差异表达基因。     

转录组—代谢组联合分析揭示低温下采后雷竹笋木质化分子调控机制

雷竹（Phyllostachys violascens）笋是中国传统的山珍之一,是一种天然绿色食品。但其采后易消耗大量水分和营养而快速老化,在一般条件下难以贮藏。文中首次通过“转录组—代谢组”联合分析揭示了低温贮藏条件下雷竹笋木质化的调控机制,研究表明：与常温贮藏相比,低温可显著抑制采后竹笋中PAL、POD酶活性,降低失水率和总木质素含量,从而将竹笋保鲜时间至少延长20 d。通过“转录组—代谢组”联合分析表明,低温下竹笋木质素前体物质、茉莉酸含量呈上升趋势,并在后期显著富集,说明低温可诱导茉莉酸积累、抑制木质素合成。对低温响应、茉莉酸合成和木质素合成通路关键基因进行筛选,并通过共表达分析发现,低温信号可能通过“低温—木质化”和“低温—茉莉酸—木质化”2种通路共同抑制采后竹笋中木质素合成,延缓其保鲜时间。上述结果可为揭示采后竹笋木质化分子调控通路研究提供了一定依据。     

不同产地杜仲雄花的非靶向代谢组学比较与分析

[目的]比较分析不同产地杜仲雄花的代谢组学差异,为杜仲雄花高效利用以及规模化精准评价杜仲种质资源提供参考.[方法]利用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱技术(UPLC-QTOF/MS)测定河北安国、四川广元、河南新乡、河南洛阳和贵州遵义等5个代表性产地杜仲雄花的非靶向代谢组,利用XCMS、metaX等软件以及利用KEG...     

竹子快速生长过程中糖分代谢与运输机制研究

竹子笋芽的发育非常缓慢,而竹笋从土里萌发后到完成全部高生长的时间却特别短。在竹笋的快速生长发育过程中,糖分和水分扮演着重要的角色,相关的糖分代谢和水分运输机制并不清楚。课题组以云南箭竹的笋芽以及未伸长、快速伸长和成熟阶段的节间为研究材料,测定不同伸长阶段的糖分代谢、水势、水压变化,并采用示踪的方法测定糖分与水分的运输速率。实验揭示了快速生长的竹笋光合同化物的韧皮部卸载和卸载后运输机制,分析水分运输及其对糖分运输的影响。结果表明:1)笋芽中蔗糖含量高于幼秆,这与笋芽具有较高的甜味相吻合。当竹笋萌发出土后,淀粉和糖分急剧消耗。2)快速伸长的幼竹,光合同化物主要以共质体途径进行韧皮部卸载和卸载后运输,节间纤维和薄壁细胞壁的木质化与栓质化阻碍了质体外的运输。竹壁内侧的维管束,糖分沿维管束的4个方向向外卸载,在外侧的维管束沿2个方向向外卸载。3)随着竹笋发育程度的不同,同化物从母竹向幼笋的运输速率也不同,快速伸长的幼竹,运输速率最高。4)韧皮部运输与水分运输呈正相关,夜间由于水压作用,水分运输促进了同化物的转运,中午由于蒸腾作用阻碍了同化物的转运。在径向运输上,也表现出相同的变化规律。5)蔗糖、...