基于转录组学和代谢组学解析番茄果实品质形成过程

本试验以‘Micro-Tom’番茄为试材,对其绿熟期(GR)、转色期(BR)及红熟期(RR)果实进行转录组学及代谢组学分析。转录组学分析结果表明,GR至RR过程中果实内与可溶性糖相关的磷酸葡萄糖变位酶基因(PGM)、糖原磷酸化酶基因(GPH)等下调,1,4-α-葡聚糖分支酶基因(SBE)、蔗糖合酶基因(SuSy1)等上调;参与抗坏血酸合成途径的GDP-L-半乳糖磷酸化酶基因(GGP)、单脱氢抗坏血酸还原酶基因(MDHAR)一直呈现上调趋势;而参与叶绿素降解、类胡萝卜素合成的多数基因以及与细胞壁代谢相关的众多基因则呈现先上调后下调的趋势;番茄碱生物合成途径GAME家族基因呈先下调后上调的表达模式。代谢组学数据表明,与品质形成有关的D-果糖、古洛糖酸、异柠檬酸、L-谷氨酸和L-天门冬氨酸等在番茄成熟过程中含量呈现持续增加的趋势,L-苹果酸呈下降趋势,L-精氨酸、L-色氨酸、L-蛋氨酸在BR至RR过程中增加明显;槲皮素-3-O-葡萄糖苷、柚皮素在转色期明显增加。综合可见,‘Micro-Tom’番茄果实成熟过程中,可溶性糖、有机酸、氨基酸、黄酮类化合物等代谢物积累及关键基因表达均发生了规律性变...     

植物在非生物胁迫下代谢组学与转录组学的研究进展

在非生物胁迫下,植物主要通过重新配置转录调控网络与代谢网络以维持平衡.近年来代谢组学与转录组学等生物技术的发展,有助于对非生物胁迫下植物体内的代谢物与转录因子等关键组成部分进行鉴定.本文列举了目前用于分析植物代谢组学与转录组学的主要技术及其特点,介绍了代谢组学及转录组学目前在植物抗逆性中的应用.对近年来植物在温度胁迫、...     

马铃薯氮代谢对低氮胁迫的响应及转录组分析

【目的】探究不同氮效率马铃薯品种氮代谢对低氮胁迫的响应及分子机制,为马铃薯氮高效育种及高产栽培提供理论依据。【方法】以氮高效马铃薯品种冀张薯12号和氮低效马铃薯品种尤佳70为材料,采用盆栽试验方式,设置低氮（3 mmol/L纯氮）和正常施氮（15 mmol/L纯氮）处理,在出苗后30 d测定植株的干质量、氮积累量及氮代谢相关酶(硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）)活性,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用DESeq进行差异基因分析,通过GO富集和KEGG Pathway数据库注释参与马铃薯氮胁迫响应的差异表达基因。【结果】2种施氮量下冀张薯12号茎叶和根系的干质量、氮积累量以及NR、NiR、GS、GOGAT活性均高于尤佳70。与正常施氮相比,低氮胁迫下2个马铃薯品种茎叶和根系的干质量、氮积累量及叶片的NR和NiR活性均显著降低,根系的GS活性显著提高;尤佳70叶片的GS活性、GOGAT活性和根系的GOGAT活性均显著降低,冀张薯12号根系的NiR活性显著降低。转录组分析结果表明,在2个施氮量对比组中,尤佳70叶片和根系中的差异表达基因分别有6 173个和249个,冀张薯12号叶片和根系中的差异表达基因分别有3 455个和1 990个。GO和KEGG结果显示,冀张薯12号的差异基因主要涉及氮代谢、氨基酸代谢等生物过程,尤佳70的差异基因主要涉及光合作用等生物过程。尤佳70和冀张薯12号根系中富集到氮代谢通路的差异基因分别有1个和8个,叶片中分别有11个和8个。尤佳70和冀张薯12号叶片的氨基酸相关代谢途径中涉及上调差异表达基因最多的均是苯丙氨酸代谢,其中编码苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶、4-香豆酸-CoA连接酶的基因表达显著上调。【结论】在低氮条件下,氮高效品种冀张薯12号氮代谢相关酶活性较高,能减缓低氮胁迫对氮代谢的影响,进而保证较高的氮效率。     

通过整合转录组与代谢组解析不同类型椰子的脂肪酸调控网络

为了探究不同类型椰子中脂质种类和含量的差异,本研究利用非靶向代谢组学方法对海南高种和矮种椰子椰肉组织的代谢物进行了分析,共检测到12 579种代谢信号,其中鉴定了564种代谢物,包括氨基酸、脂肪酸、类黄酮等。定量分析表明高种椰子的脂质总体含量高于矮种椰子,其中绿矮椰子脂质含量最低。甘油脂、鞘脂和脂肪酰是不同类型椰子中主要的差异物质。转录组数据结果表明,不同类型椰子中的差异基因主要参与脂肪酸代谢、α-亚麻酸代谢、木质素代谢和苯丙烷代谢。基于表达模式的不同将差异基因划分为20个不同的模块,其中“Melightyellow”模块与差异积累的脂肪酸高度相关。通过分析模块中脂质途径结构基因启动子区的cis-element,发现大多数脂质途径基因的启动子区存在多个MYB家族的结合位点及大量的激素信号响应元件。结果表明,MYB家族的转录因子可能在脂质的合成调控中发挥重要作用,并且激素可能作为一种信号分子参与到脂质的合成调控中。本研究通过组合策略对不同品种椰肉组织脂质差异的分子机理进行分析,并进一步构建了转录因子-结构基因-代谢物的合成调控网络,为后续解析脂质合成调控的分子机制提供了资源,为油脂椰子品...     

豆科植物结瘤固氮及其分子调控机制的研究进展

作为人类重要的蛋白质和脂肪来源,以花生、大豆为代表的豆科植物是世界范围内农业生态系统的重要组成部分,而氮肥的合理施用是保证其稳产增产的主要因素.豆科植物能够通过与根瘤菌形成共生关系结瘤固氮,从而可以减少氮肥使用量.豆科植物的结瘤过程受到信号传递系统的调控.其中,硝酸盐信号作为信号分子来调控包括豆科植物结瘤自主调控和氮代...     

施氮对大豆结瘤、固氮及产量影响的研究进展

氮是大豆[Glycine max(L.)Merrill]生长的必需元素,大豆生长所需氮量的50％～60％来自于共生固氮,少量施氮对大豆结瘤、固氮效率及产量有促进作用,施氮量过高则表现为抑制作用.本文着重从施氮的氮素形态、氮素施用量和施氮时期3个方面阐述了氮素对大豆根瘤数量、固氮酶活性和产量的影响.探讨了高氮抑制结瘤和固...     

山西土著花生根瘤菌的数量分布及其共生结瘤固氮特性

在山西土壤气候条件下,土著花生根瘤菌数量变化范围在每克土壤５０～１５０００个之间,其生态分布褐土高于潮土,晋南多于晋中、晋北。主栽花生品种的自然结瘤率达７６０％,单株结瘤量为２０９±１４７个,日固氮量０３８～１２２ｍｇ,每公顷固氮１０～３０ｋｇ。单株固氮总活性与单瘤固氮比活性的高峰出现有所不同,前者在荚果期,后者在盛花期。土著根瘤菌的固氮强度与结瘤量无相关性,覆膜栽培与增施磷肥均具有良好的共生固氮生态效应。     

转录组及代谢组联合解析茄子果色上位遗传效应

【目的】茄子果色与商品果外观品质和价值密切相关,花青素是决定茄子果色的重要天然色素之一。通过基因表达和代谢物差异比较,解析上位基因互作调控茄子果皮花青素合成的作用机制,为不同果色茄子选育提供理论基础。【方法】以花青素合成结构基因ANS突变的白果色母本19141、花青素合成关键调控基因MYB1突变的白果色父本19147及其紫红果色F1代E3316茄子为试验材料,对商品果期果皮进行转录组测序和广靶代谢组分析。【结果】转录组测序分析表明,19141＿vs＿19147的差异表达基因（DEGs）最多,其次是E3316＿vs＿19141,两个比较组DEGs均在类黄酮途径富集程度最高;E3316＿vs＿19147筛选到的DEGs最少,未在类黄酮途径富集。广靶代谢组共检测分析到218个代谢物。E3316＿vs＿19141共检测到差异代谢物（DAMs）113个,E3316＿vs＿19147共检测到差异代谢物98个。转录组和代谢组联合分析发现花青素生物合成关键结构基因CHS、CHI、F3H、DFR和ANS,关键调节基因MYB1、AN1和AN11,修饰基因3GT、5GT、AT和OMT,还有转运基因AN9(G...     

花生幼苗响应低温胁迫的转录组分析

低温冷害是限制我国东北地区花生产量和品质提升的主要环境因素,鉴定花生耐寒的关键功能基因,并揭示其调控机制是创制耐寒花生种质,提高花生耐冷性的重要途径之一。以耐寒型花生品种农花5号为试验材料,对6℃低温胁迫下的花生叶片进行RNA-Seq转录组测序分析。结果表明:与对照相比,共有3910个基因持续差异表达;GO功能注释将差异表达基因富集到43个功能组,其中生物学过程中的代谢过程富集到的基因数目最多;KEGG代谢通路分析将持续差异表达基因富集到116个代谢通路中,其中植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、植物-病原菌互作、植物昼夜节律和α-亚麻酸代谢途径富集到的基因数目最多,且大部分为上调表达,在低温胁迫中具有重要作用。从转录组数据库中随机挑选6个差异表达基因进行qRT-PCR验证,其表达趋势与高通量测序结果相一致,证明了转录组数据的可靠性。研究结果将为揭示花生响应低温胁迫的分子机制提供理论依据。     

营养代谢组学的应用探讨

营养代谢组学属于系统生物学范畴,主要用于研究营养素摄取在细胞与分子水平上对健康与疾病的影响,其已被广泛地应用于分子病理学、毒理学、功能基因组学、临床医学和环境科学等领域。文章就营养代谢组学在动物机体营养代谢研究中的应用进行了探讨。     

豆科植物固氮根瘤衰老过程中的代谢调控研究进展

衰老是影响豆科植物根瘤固氮效率的主要因素之一,深入探究根瘤的衰老调控机制具有重要意义。本文从衰老根瘤的形态特征和生理生化变化、衰老的途径以及物质代谢调控等方面综述根瘤衰老的研究进展,总结了豆科植物和根瘤菌中与衰老相关基因在共生固氮过程中的功能。开发新的研究方法和技术能够更全面地揭示衰老根瘤中关键物质代谢的分子机制。深入了解根瘤衰老的分子机制有助于通过遗传改造延缓根瘤衰老,提高豆科植物的固氮效率,促进农业生产的可持续发展。     

面包面条优质小麦转录组学分析

面包、面条加工品质对我国小麦生产和消费非常重要,我们前期筛选出面包优质和劣质、面条优质和劣质、二者兼优和均劣6类品质差异显著的小麦品种,研究发现其蛋白和淀粉理化特性、面包和面条加工品质存在显著差异。本研究选取花后7、17、27 d的籽粒,利用RNA-Seq技术构建了籽粒灌浆动态转录组文库。通过转录组测序,以面包优质小麦为对照,花后7 d共找到4 529个差异表达基因,花后17 d共找到3 198个差异表达基因,花后27 d共找到2 955个差异表达基因。进一步针对蔗糖与淀粉代谢通路研究,结果表明,不同品质类型小麦籽粒中蔗糖代谢形成淀粉合成前体的相关酶类(蔗糖磷酸合酶SPS、蔗糖转化酶INV、蔗糖合成酶SuS)以及淀粉代谢相关酶类(淀粉去分支酶DBE、α-淀粉酶与β-淀粉酶)存在差异,可能是总淀粉含量及其组分差异的重要原因。同面包优质小麦相比,其他5类小麦品种中DBE与α-淀粉酶基因均上调,可能是面包优质小麦总淀粉含量较低、支链淀粉含量较高的原因。由此推测,调控籽粒蔗糖代谢通路以及淀粉水解通路可以作为调控小麦加工品质的新思路。     

不同施氮水平对花生结瘤与供氮和产量的影响

无机氮肥的施用量对花生根瘤的形成和发育有不同抑制作用。亩施氮2.5kg时,单株根瘤数和根瘤干重比亩施氮0kg显著减少(P<0.05),根瘤形成时间推迟。随着施氮水平拉高,抑制作用加强。 花生植株氮素营养随不同施氮水平发生相应变比。苗期、花针期,植株含氮量随施氮水平提高而提高,成熟期,植株含氮量随施氮水平提高而下降,而随植株根瘤数和根瘤干重增加而提高。结荚期为花生植株含氮高峰期,随后下降,但苗期施氮高时,植株含氮高峰则提前于花针期,随后迅速下降。 花生荚果产量以 NZ;最高,N服低。     

整合多个组学(omics)分析植物代谢产物及其功能

对生物体在体内生命过程中产生的一系列代谢产物做全面分析将有助于揭示生物基因型和表型之间的联系。代谢组学是应用"组学",包括基因组学、转录组学和蛋白质组学,综合分析代谢产物的方法;通过使用先进的分析技术结合应用新一代测序和统计学方法来提取信息,对数据诠释,实现细胞代谢物识别和量化,从而理解生物体对环境刺激或基因干扰的生物学反应。今简介代谢组学的数据库资源及研究方法,并以最近3～5年的应用实例来诠释植物代谢组学最新进展,包括植物在非生物胁迫下的响应及代谢谱的变化,诱发突变和转基因事件对代谢谱的影响,代谢产物的鉴定及其进化。     

不同紫云英品种与根瘤菌匹配对结瘤固氮的影响

研究不同紫云英品种与根瘤菌匹配后对紫云英的结瘤固氮影响。结果表明：M10根瘤菌种可分别显著提高8410441、闽紫6号、弋江籽的固氮酶活性、紫云英根瘤数、紫云英根瘤鲜重;ZLH2根瘤菌显著提高8410441紫云英地上部鲜重,ZK7根瘤菌提高闽紫1号紫云英全氮含量。从总固氮量来看,M10、XZ、ZLH2、ZK7、M3根瘤菌分别对提高闽紫6号、8324411、8410441、余江大叶、弋江籽品种的总固氮量效果最佳,其中以ZLH2对8410441的总固氮量最高。固氮酶活性与根瘤数呈极显著负相关,根瘤数与根瘤重呈极显著正相关,产量、全氮含量与总固氮量呈极显著正相关。通过多指标综合评价发现,ZLH2对闽紫6号、8410441的促生效果较好;M10对8324411和弋江籽的促生效果较好;ZK7对余江大叶的促生效果较好。     

植物响应低温胁迫组学研究进展

低温是限制植物生长和分布的主要逆境因子之一。植物遭受低温胁迫时会迅速启动相关基因,进行转录调控,合成相应蛋白质,进而控制代谢物的合成。为了抵御和适应低温环境,植物形成了复杂的调控网络。随着现代分子生物学迅速发展,组学已经成为植物响应逆境胁迫机理研究的重要方法,如基因组、转录组、蛋白质组和代谢组。这些组学研究技术相结合,能够为探究植物响应低温胁迫的基因调控网络提供有力手段。本文综述转录组、蛋白质组与代谢组等组学技术用于分析植物应答低温胁迫的研究进展,以期为揭示植物耐寒机理及优良耐寒植物的筛选与培育提供参考。     

上海园林绿地结瘤固氮植物资源及其固氮酶活性的初步研究

对上海市园林绿地中固氮植物资源的结瘤特点和固氮酶活性进行调查和研究.本次试验,共采集到根瘤寄主85种(及变种),分属5科38属,其中豆科植物34属73种,非豆科4科4属12种.在被调查的植物中,根瘤94%着生于侧根,大小一般在1～10mm,形状以球形、近球形、棒形为主,颜色多为白色和黄褐色,固氮酶活性主要介于0～10μmol·g-1·h-1之间.     

花生根瘤菌自生固氮的研究

1.建立了研究根瘤菌豇豆族1003菌系(Rhizobium SP·cowpea strain1003)自生固氮作用的简便方法。除选用甘露醇——酵母汁——洋菜(YMA)培养基原配方外,另加5μM Na_2MoO_4·2H_2O 和0.4mM(NH_4)_2SO_4加以改进。在此培养基中生长的1003菌系,其固氮酶活性约为每毫克(mg)菌体蛋白每小时(h)形成50毫微克分子(nmol)的乙烯(C_2H_4)。培养基中的甘露醇可用阿拉伯糖,葡萄糖和葡萄糖酸钠代替,而蔗糖却不利于该菌的生长和固氮。2.不同菌系在不同培养基上的固氮活性不同。1003菌系在 YMA 培养基上的固氮活性(13.7)远比在 CS_7培养基上的(2.3)为高。但与此相反,生长在 YMA 上的32HI 菌系的固氮活性(0.4)却远比其在 CS_7的(36.2)为低。3.我们发现 CO_2对固氮酶活性有重要影响。1—3%CO_2可显著促进1003和32HI 菌系的固氮活性,比对照分别提高1.5和2.5倍。我们认为这可能是由于根瘤菌本身有固定 CO_2的作用。供给有机碳基质是增加了可利用的碳源而未发现有 pH值的改变。CO_2影响根瘤菌固氮活性的有关...