基于转录组测序分析NaCl胁迫下新疆野苹果叶和根糖酵解相关基因的表达

【目的】筛选新疆野苹果响应NaCl胁迫相关基因。【方法】以新疆野苹果组培苗为试验材料,对150 mmol·L~(-)处理48 h后的新疆野苹果幼苗叶片及根系进行转录组测序。【结果】与对照相比,NaCl处理48 h时,新疆野苹果幼苗叶片中差异表达基因为3 364个,其中1 745个DEGs在盐胁迫响应中上调表达,1 619个DEGs下调表达;根系中差异表达基因为3 808个,其中1 057个DEGs在盐胁迫响应中上调表达,2 751个DEGs下调表达。新疆野苹果叶片和根系中所共有的差异基因有2 095个得到注释,这些基因共涉及44个Pathway,富集最显著的Pathway主要有糖酵解/糖异生、磷酸戊糖途径、果糖和甘露糖代谢、丙酮酸代谢等。【结论】通过转录组测序和qRT-PCR验证发现,新疆野苹果受到NaCl胁迫后,在糖酵解过程中TPI、FBPase、pckA、PPDK等基因表达量发生明显变化,说明糖酵解途径在新疆野苹果应答NaCl胁迫过程中起着一定的作用。     

‘富士’苹果幼树叶片内源激素与矿质营养年动态变化分析

【目的】探究无土栽培条件下不同砧木类型‘富士’苹果幼树叶片植物激素和矿质元素含量的年动态变化,明确不同砧木类型‘富士’苹果幼树叶片内源激素和养分周年变化特性,为‘富士’苹果砧木矮化性预测和叶片营养诊断提供参考。【方法】以3 a生T337自根砧、T337中间砧和乔砧‘富士’苹果幼树为试材,每小区分别选取长势一致的6株幼树作为1次重复,共3次重复。【结果】3种砧木类型‘富士’苹果幼树生长势强弱为乔砧T337中间砧T337自根砧。‘富士’苹果幼树定植后60~90 d,叶片IAA/ABA和(IAA+GA+ZR)/ABA比值均为乔砧T337中间砧T337自根砧,叶片ABA含量为T337自根砧T337中间砧乔砧,幼树生长势越强,叶片IAA/ABA和(IAA+GA+ZR)/ABA比值越大,叶片ABA含量越少。3种砧木类型‘富士’苹果幼树叶片N和P含量定植后90~150 d变化平稳,K、Ca和Mg含量定植后60~120 d变化较小,表明‘富士’苹果幼树定植后90~120 d叶片矿质元素含量变化较平稳。‘富士’苹果幼树叶片ABA与Ca含量存在极显著正相关关系,(IAA+GA+ZR)/ABA比值和IAA/ABA比值与Ca含量呈极显著负相关关系,相关系数均大于0.8。【结论】年周期内‘富士’苹果叶片内源激素和矿质营养含量呈波动变化趋势,且不同砧木类型间存在一定的差异,取样时间不同,分析结果存在差异。通过激素含量预测‘富士’苹果砧木矮化性的适宜采集叶样时期为定植后60~90 d,而‘富士’苹果叶片营养诊断较合理的采样时期为定植后90~120 d。     

‘赣南早’脐橙早熟性状回复型突变体的生理与转录组分析

【目的】明确早熟品种‘赣南早’脐橙(wild type,WT)与其早熟性状回复型突变体(mutant type, MT)在生理和转录水平的差异,探究柑橘果实成熟的调控机制。【方法】测定MT和WT的果实品质及成熟相关生理指标,采用RNASeq分析MT和WT果实的转录差异。【结果】MT具有稳定的早熟性状回复现象。MT和WT果皮的各可溶性糖含量差异显著。MT和WT有机酸含量在果肉间及果皮间差异均显著。MT果皮的赤霉素(gibberellin,GA)、吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)和茉莉酸(jasmonic acid,JA)显著高于WT,脱落酸(abscisic acid,ABA)则相反。转录组测序分析表明,MT与WT果皮间DEGs数量为980个,果肉间为289个。在果皮DEGs中,有38种GO分类、6个KEGG代谢通路被显著性富集,而果肉中未见GO分类和KEGG代谢通路的显著性富集。ABA合成基因CsNCED1在MT果皮和果肉中均下调表达,而分解基因CsCYP707A1在MT果皮中上调表达。【结论】MT成熟期比WT推迟约30 d。MT果皮GA含量及GA合成基因CsCPS1、CsKAO表达量均高于WT,可能与果皮的褪绿延迟相关。MT果皮ABA积累抑制可能受合成基因CsNCED1下调表达及分解基因CsCYC707A1上调表达的影响。MT和WT果皮的生理和转录组水平差异均比果肉间差异大,说明果皮在柑橘果实成熟过程中具有重要作用。     

萌芽期苹果花芽中糖含量及相关酶活性的变化

【目的】探讨萌芽期花芽中碳水化合物和与之相关的代谢酶活性的变化,了解苹果花芽在此期间的糖代谢规律及果树贮藏营养物质再利用的机制。【方法】以9 a生矮化‘富士’和‘嘎拉’苹果为材料,分析了花芽中碳水化合物的含量及其相关酶活性的变化。【结果】‘富士’、‘嘎拉’花芽中可溶性总糖、还原糖和蔗糖含量在此期间的整体变化趋势一致,都呈现下降趋势;淀粉含量在萌芽初期(3月8—20日)上升,进入盛期(3月20日—4月8日)后迅速下降。萌芽期间‘富士’和‘嘎拉’花芽中酸性转化酶(acid invertase,AI)与蔗糖、还原糖、总糖含量都呈显著负相关(相关系数分别为-0.871*、-0.904*、-0.877**和-0.957**、-0.908*、-0.857**);淀粉含量与淀粉酶活性呈显著负相关(相关系数分别为-0.908*和-0.861*)。【结论】萌芽期苹果花芽中调控代谢的关键酶是AI和淀粉酶,且树体中贮藏的营养物质被大量消耗用于萌芽。     

外源激素对休眠期甜樱桃花芽酚类物质含量及相关酶活性的影响

以甜樱桃为试材,研究4种外源激素对自然休眠期甜樱桃花芽酚类物质含量及相关酶活性的影响。结果表明:不同外源激素处理对花芽酚类物质含量的影响效果不同,ABA、IAA在自然休眠前期促进了花芽酚类物质的积累,中期使花芽酚类物质含量维持在较高水平,后期减缓酚类物质含量的降低,而6-BA、GA3的效果则相反;ABA、IAA使多酚氧化酶(PPO)活性降低,使苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性升高,而6-BA、GA3的效果则相反。ABA、IAA处理抑制了花芽休眠的解除,6-BA、GA3处理则有利于花芽休眠的解除。     

火龙果响应PEG模拟干旱胁迫的转录组分析

【目的】鉴定干旱胁迫响应相关基因及生化代谢途径。【方法】比较分析火龙果品种紫红龙（Hylocereus spp.‘Zihonglong’）在正常供水和聚乙二醇（polyethylene glycol,PEG）模拟干旱胁迫（-4.9 MPa）条件下的生理及转录组差异。【结果】干旱胁迫增强了丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量、过氧化氢酶（catalase,CAT）和过氧化物酶（peroxidase,POD）活性。通过对转录组数据分析,共筛选出432个DEGs,2个比较组中共同表达的DEGs有18个,OS6H vs NS6H比较组特异表达的DEGs有288个,OS3D vs NS3D比较组特异表达的DEGs有126个。这些基因主要参与了信号转导（如植物激素、cGMP-PKG、Ras、磷脂酰肌醇等）、碳水化合物（蔗糖和淀粉、丙酮酸代谢及糖酵解等代谢）、氨基酸（如丙氨酸、谷氨酸、酪氨酸、半胱氨酸及谷胱甘肽等）代谢、转录和翻译（RNA降解、核糖体及胞吞）、次生代谢（类黄酮、苯丙烷等）及脂质代谢（а-亚麻酸代谢、甘油磷脂代谢及角质、木栓质和蜡的生物合成）等。【结论】初步明确了火龙果...     

龙眼TMK基因家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】更全面地解析龙眼TMK(DlTMK)基因家族的生物学特性及其在龙眼体胚发生早期及不同激素处理下的表达模式。【方法】利用多种生物信息学分析软件预测DlTMK基因家族成员编码的蛋白基本理化性质、染色体定位、系统进化树、基因结构、启动子顺式作用元件等,并采用实时荧光定量PCR((quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术检测DlTMK在龙眼体胚发生早期3个阶段及在不同激素处理下的表达模式。【结果】共筛选出6个DlTMK基因家族成员,其编码的蛋白质均为具有跨膜结构不具有信号肽的亲水性蛋白,主要定位在质膜、细胞质和细胞核上。染色体定位结果显示,DlTMK基因家族存在串联重复序列。DlTMK基因家族在进化方式上与拟南芥、杨树相近。启动子顺式作用元件分析表明,DlTMK基因家族成员启动子中含有多种激素响应、逆境响应及光响应元件。qRT-PCR结果显示,DlTMK基因家族大多数成员在龙眼体胚发生早期各阶段的表达量变化趋势与转录组分析结果基本一致,但不同成员的表达模式存在差异,并且DlTMK基因家族各成员均响应生长素(auxin,IAA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)及赤霉素(gibberellic acid,GA3)。【结论】DlTMK基因家族在进化上具有高度保守性,参与多种激素应答,通过推测发现可能以磷酸化的方式参与激素信号传递,调控龙眼体胚发育。     

外源山梨醇对桃苗叶片基因表达网络的影响

【目的】研究外源山梨醇对桃叶片基因表达网络的影响。【方法】采用100 mg·L~(-1)山梨醇溶液喷施桃幼苗,以清水喷施为对照。转录组测序,分析山梨醇处理样品中成熟叶(喷施山梨醇)和幼叶中(未喷施山梨醇)相关基因表达的变化。【结果】转录组测序表明,成熟叶(喷施山梨醇)中差异表达的基因数多于幼叶(未喷施山梨醇)。成熟叶中与胁迫相关的基因表达上调,次级代谢物代谢通路发生变化。幼叶中碳水化合物代谢相关基因表达发生改变。一些与环境应激相关的基因在成熟叶和幼叶中表达均上调,与离子平衡、细胞内脂质代谢相关的一些基因表达均下调。【结论】山梨醇喷施后,成熟叶中胁迫响应机制启动,影响次级产物代谢。当相关信号传递到幼叶后,碳水化合物代谢平衡发生相应变化,响应相关刺激。基本明确了桃对高浓度外源山梨醇溶液喷施的响应过程及涉及的代谢通路。     

刺梨花芽分化期芽中内源激素和碳、氮营养的含量动态

在对贵农5号刺梨花芽分化进行观察的基础上,对花芽分化期刺梨花芽和叶芽中内源激素的赤霉素(GA1+3)、玉米素核苷(ZRs)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和淀粉、可溶性总糖、总氮含量变化进行了研究。结果表明,刺梨的花芽分化期需要有高水平的ZRs、碳水化合物及低水平的GA1+3、IAA、ABA和较低水平的氮素营养。在整个花芽分化期,花芽的ZRs/GA1+3、ZRs/IAA、ABA/IAA、ABA/GA1+3及碳/氮比值比叶芽的高;在花芽生理分化期,花芽的ZRs/ABA比值高于叶芽,而形态分化期花芽的ZRs/ABA比值低于叶芽。在刺梨花芽分化的不同时期,花芽和叶芽中的GA1+3、ZRs、IAA、ABA、淀粉、可溶性总糖、总氮含量变化不一。     

Transcriptome profiling reveals differentially expressed genes associated with wizened flower bud formation in Chinese pear (Pyrus bretschneideri Rehd.)

Flower buds are very important for pear yield; non-germinated flower buds become wizened and drop from the branch, reducing pear production. However, little research has focused on the study of wizened flower bud (WB) formation in spring. In order to elucidate the mechanism of WB formation in pear, physiological indices relating to plant hormones and antioxidases were measured. We found that activities of peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD) were higher and lower, respectively, in WBs than in normal flower buds (NBs). The contents of indole acetic acid (IAA), gibberellin (GA), and cytokinin (CTK) were lower in WBs, while the level of addition of abscisic acid (ABA) was higher in WBs than in NBs. Differentially expressed genes (DEGs) were surveyed between WBs and NBs. In total, 23 DEGs relating to POD and SOD were detected from GO (Gene Ontology) enrichment, and 29 DEGs associated with plant hormone biosynthesis were found from the KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathway. Notably, the expression patterns of these 52 genes were consistent with variations of antioxidase activities or hormone contents. Because POD and SOD are stress-response enzymes, the differences in POD and SOD activities between NBs and WBs indicated that WB formation in pear could result from ambient environmental stresses that influence expression levels of hormone biosynthesis genes.     

苹果矮化砧‘71-3-150’对冷胁迫的生理与转录组响应

为探索苹果矮化砧木抗寒的生理和分子机制,筛选抗寒相关基因,分析了苹果高抗寒矮化砧木‘71-3-150’在冷胁迫(4℃)0、2、6、12和24 h时的膜伤害、活性氧代谢、渗透调节物质积累等生理指标及转录组的变化。结果表明:‘71-3-150’在冷胁迫0~2 h即表现出抗氧化和渗透调节反应,6 h后SOD、CAT等活性氧清除酶活性及主要渗调物质维持在较高水平趋于稳定,膜伤害加重趋势缓解,说明其具有快速响应冷胁迫的生理机制,0~6 h是其冷适应的关键时期;转录组分析表明,0 h vs 2 h、0 h vs6 h、0 h vs 12 h和0 h vs 24 h等比较组分别含有491、1 115、828和1 047个上调差异表达基因及537、688、708和1 016个下调差异表达基因,其中4个组共有的115个上调基因和136个下调基因表现为6种表达模式;筛选出28个‘71-3-150’冷适应过程中存在显著差异表达的功能基因与转录因子基因,调控低温信号感知与传导的基因在0~2 h出现显著性上调表达,参与渗透调节、活性氧代谢、膜和蛋白保护等过程的基因随低温处理呈现多样性表达模式,表明该砧木在冷适应过程中存在快速和多样的低温信号感知、转导和响应的分子机制。     

‘寒富’苹果花芽呼吸代谢途径对低温胁迫的响应特征

以‘寒富’苹果花芽为试材,研究顶花芽和腋花芽呼吸代谢途径对低温(-25℃、-30℃、-35℃和-40℃)的响应特点。结果表明,顶花芽和腋花芽总呼吸速率(Vt)的低谷均出现在-30℃,2者Vt的高峰出现在-25℃和-35℃。低温下,腋花芽的糖酵解-三羧酸循环(EMP-TCA)活性在-30℃之前对Vt起主导作用;-30℃后,磷酸戊糖途径(PPP)的活性逐渐增强并明显影响Vt。顶花芽的EMP-TCA活性在-25℃之后对Vt起主导作用,PPP的活性在-25℃之后逐渐减弱。腋花芽细胞色素途径(CP)的变化趋势与其Vt相似,并与其交替途径(AP)互补;顶花芽CP的变化趋势只在-30℃之前与其Vt相似,在-35℃之前与其AP具有一定互补关系。由此认为,-30℃是2类花芽呼吸代谢途径低温适应性的转折点,-30℃之后腋花芽呼吸代谢保持较高活性应是低温适应性强于顶花芽的生理基础之一。     

球孢白僵菌分生孢子耐低湿萌发转录组相关差异基因分析

球孢白僵菌是重要的昆虫病原真菌,其分生孢子耐低湿萌发能力与毒力密切相关.为了挖掘球孢白僵菌耐低湿萌发相关基因表达变化,本研究采用RNA-Seq技术分别构建了球孢白僵菌WA菌株未萌发分生孢子、相对湿度100％ (Relative humidities 100％,RH100％)和相对湿度75％(RH75％)萌发分生孢子转录组文库WA_S、WA_100,WA_75,序列生物信息学分析结果表明,与WA_S相比,WA_100和WA_75孢子萌发过程中分别有822个和767个差异表达基因(Differently expressed genes,DEGs);经GO功能富集分析,WA_75与WA_100的差异DEGs集中在单羧酸代谢进程(65),分解代谢进程(72),有机物分解代谢进程(65),有机酸代谢进程(107),酮酸代谢进程(106)等方面;KEGG功能富集在糖酵解与糖代谢(31),赖氨酸代谢(12),果糖与甘露糖代谢(10),酪氨酸代谢(11),甘油酯代谢(9)等途径.与WA_100相比,WA_75大量参与糖酵解、信号转导的丝苏氨酸蛋白激酶基因表达上调.本研究为阐明球孢白僵菌孢子耐低湿萌发的机制奠定了理论基础.     

H_2O_2在外源GA_4解除果梅季节性休眠中的信号作用

以GA_4处理的果梅休眠芽和转PmRGL2基因杨树叶片为材料,通过测定H_2O_2含量、抗氧化酶类活性及其编码基因和信号转导相关基因表达的变化,分析了H_2O_2在外源GA_4解除果梅休眠中的信号作用。结果表明:GA_4处理的果梅花芽的萌芽率显著高于对照,且H_2O_2含量在休眠解除时达到峰值,信号转导相关基因表达发生规律性变化;‘桃形梅’和‘丰后’的需冷量分别为574 CH(低温小时数Chilling hours)和1 108 CH,休眠解除前后,两品种叶芽中的H_2O_2含量没有显著差异,但需冷量低的‘桃形梅’具有更高的抗氧化酶类活性;转Pm RGL2杨树中NADPHoxi下调表达,有利于使H_2O_2含量维持在较低水平,并对赤霉素合成及信号转导相关基因的表达产生影响,而抗氧化酶类活性及其编码基因的表达量上升。推测GA_4通过调控抗氧化酶类活性而影响H_2O_2含量的变化,并引起上下游多种信号相关基因表达水平的变化,最终对休眠解除起作用。     

苹果花芽和种子休眠过程中MdCIbHLH1基因的表达分析

对前期在苹果（Malus × domestica Borkh.）中发现的受低温诱导的bHLH转录因子进行了生物信息学分析,并以层积苹果种子和苹果芽为试材,用半定量和实时定量PCR技术分析其花芽休眠不同阶段的表达变化。蛋白质二级结构预测结果表明,MdCIbHLH1蛋白中以α螺旋和无规则卷曲为主,β折叠和延伸链较少,其中α螺旋145个（27.31%）、β折叠19个（3.58%）、无规则卷曲310个（58.38%）、延伸链57个（10.73%）。半定量和定量结果显示,在层积的苹果种子和休眠的花芽中MdCIbHLH1有相同的表达模式,在休眠解除之前表达较高,随着休眠的解除其表达量下调。因此推测MdCIbHLH1的表达对层积的苹果种子或者花芽休眠及解除具有调控作用。     

杜梨根茎叶特异表达基因的RNA-Seq分析

利用RNA-Seq技术,对杜梨根、茎、叶中特异表达的基因进行了筛选和分析,为探讨梨属植物生长发育及组织间功能差异的分子机制提供理论依据。研究结果表明,杜梨根、茎、叶中分别获得了19 443、19 567、17 876个表达基因,分别注释得到110、110、110个GO功能分类和56、55、65条KEGG代谢途径,主要涉及能量代谢、物质代谢和运输、激素调控、信号转导等多种生物学功能;其中在根、茎、叶中特异表达的基因分别有1 245、971、846个,涉及8、8、11条显著富集的代谢通路,主要集中在亚麻酸、脂肪酸类、糖类等生物大分子物质和各种次生物质的代谢过程以及其他氧化还原、激素信号转导等途径;根、茎、叶中分别有10、6、20个特异表达基因参与调控激素信号转导途径,叶片中特异表达的15个编码合成SAUR蛋白基因,大部分在幼叶中表达较高,并伴随叶片衰老表达量下调;同时,在根、茎、叶中分别得到1 353、1 150、1 232个转录因子,较多WRKY、MYB、AP2-EREBP等家族的转录因子在根中特异表达。选出8个特异表达基因进行qRT-PCR验证,结果与RNA-Seq数据基本一致,表明了RNA-Seq分析是可靠的;综合上述结果,认为特异表达基因可能对维持组织器官的特定功能起重要作用。     

基于银杏花芽3个分化时期转录组测序的相关基因筛选与表达分析

鉴定银杏花芽分化调控的关键基因,揭示银杏花芽分化调控的主要分子机制,为缩短银杏童期和选育银杏早花品种提供理论指导。本研究中采用高通量测序技术对银杏花芽分化3个时期（花芽未分化期、花芽分化始期、花芽分化盛期）的样品进行转录组测序,并分析数字表达谱,筛选开花调控相关基因并进行荧光定量PCR（RT-qPCR）表达验证。转录组测序共产生27.52 Gb原始数据,注释到8大功能数据库（GO、COG、KEGG、KOG、NR、Pfam、Swiss-Prot、eggNOG）上的 unigene 总数为35 179个。通过GO分类和KEGG Pathway 富集性分析,将unigene分别归于55个GO类别和126个代谢途径。差异表达基因分析显示,花芽未分化期较花芽分化始期有2 253个基因上调,2 032个基因下调;花芽分化始期较花芽分化盛期有1 770个基因上调,1 901个基因下调;花芽未分化期较花芽分化盛期有1 865 个基因上调,2 042个基因下调。发掘出大量的开花相关的基因涉及5个开花调控途径（光周期途径、春化途径、赤霉素途径、自主途径和年龄途径）。筛选出gene.Gb_17618（GI序列）、gene.Gb_19790（FT/TFL1序列）、gene.Gb_16301（AG序列）、gene.Gb_28337（花发育MADS-box序列）、gene.Gb_01884（SOC1序列）和gene.Gb_41704（CO序列）等6个银杏花芽分化差异表达关键基因序列,荧光定量PCR检测表达水平与转录组结果一致。