银杏褐化与非褐化愈伤组织的转录组分析

本研究利用环境扫描电子显微镜和高通量测序技术对银杏褐化和非褐化愈伤组织进行细胞结构观察与转录组测序,以探索愈伤组织的褐化机理。扫描电镜观察显示非褐变的愈伤组织细胞排列均匀,褐变愈伤组织的细胞表现出紊乱,排列松散无序。对褐化和非褐化愈伤组织共计6个样品进行了转录组测序,共获得45.66 Gb Clean Reads,各样品Clean Reads均达到6.41 Gb以上。对褐化与非褐化愈伤组织的基因进行差异分析,结果发现分别有275和153个基因上调和下调表达。转录因子分析发现相较于非褐化愈伤组织,褐化愈伤组织中MYB、AP2和NAC等转录因子表达量上调,HD-ZIP下调。KEGG功能富集分析结果表明差异表达基因显著富集在苯丙烷代谢途径,PAL和CCR基因上调表达增加了酚酸的合成与代谢,推测苯丙烷生物代谢途径部分基因表达量上调导致酚酸类化合物的积累,可能是银杏愈伤组织褐化的主要原因。本研究通过扫描电镜观察和转录组测序,为解析银杏愈伤组织褐化的分子机制提供理论依据。     

棉花愈伤组织分化过程中的DNA甲基化分析

DNA甲基化是表观遗传修饰的途径之一,在维持生物基因组稳定性与调控基因转录和表达中起着重要作用。为明确棉花愈伤组织分化过程中基因组DNA的甲基化变异模式以及甲基化图谱,本研究利用全基因组亚硫酸盐测序(WGBS)技术对棉花愈伤组织分化(非胚性与胚性)过程中的DNA甲基化模式进行了全面比较。全基因组DNA甲基化分析表明,在棉花愈伤组织分化过程中非胚性愈伤组织的mCG与m CHG所占比率高于胚性愈伤组织,而不对称m CHH的比率则低于胚性愈伤组织;非胚性愈伤组织的mCG、m CHG、mCHH及mC的平均甲基化水平均低于胚性愈伤组织。基因组甲基化区域分析表明,棉花愈伤组织分化过程中基因间、启动子和基因下游(转录终止位点下游2 kb)的甲基化水平较高,同时胚性愈伤组织的基因间、启动子及基因下游的平均甲基化水平均高于非胚性愈伤组织。因此,本研究分析了棉花愈伤组织全基因组DNA甲基化水平,为进一步研究棉花体细胞胚胎发生的表观遗传机制提供了依据。     

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。     

黄独冻后培养胚性愈伤组织抑制消减杂交cDNA文库的构建与分析

为了初步探讨黄独胚性愈伤组织冻后黑暗培养修复超低温保存伤害的分子机理,本研究构建了黄独冻后黑暗培养胚性愈伤组织和冻后光周期培养胚性愈伤组织两个c DNA文库(正,反向抑制消减杂交),并对其阳性克隆进行序列测定和分析。结果表明:所构建的正、反向消减文库有效富集了差异基因,消减效率达到要求,插入片段集中于100~500 bp之间,插入片段大小符合要求,重组率大于95%,文库质量较好。正、反向消减文库在基因表达谱上存在一定的差异,黄独冻后黑暗培养胚性愈伤组织文库在山药储藏蛋白dioscorin、线粒体蛋白、衰老相关蛋白和水解酶等基因与冻后光周期培养胚性愈伤组织文库有较大差异。正、反向消减文库的建立为进一步了解黄独胚性愈伤组织冻后黑暗培养修复超低温保存伤害的分子机制提供帮助,有利于进一步分离和筛选差异表达基因,并克隆部分与黄独胚性愈伤组织冻后黑暗培养有关的全长基因。研究其表达模式,为探索黄独胚性愈伤组织超低温保存后植株再生的机制提供了理论依据。     

基于转录组测序枣胚发育过程差异表达基因分析

为了探索枣胚发育的分子机理,本研究使用Illumina高通量测序平台对中度可育枣品种‘冷白玉’四个发育时期(原胚,小球形胚,心形胚,鱼雷形胚)的幼胚进行转录组测序,共获得135 743 080条高质量Reads,Q3092.88%。样品间共筛选出2 333个差异表达基因,其中有19个差异表达基因是所有样品组合共有的。原胚与小球形胚的幼胚(L2 vs L3)间的差异表达基因(differentially expressed gene, DEG)基因数(867)明显多于其他组合,小球形胚与鱼雷形胚(L3 vs L5)间的DEG基因数(503)明显多于原胚与心形胚(L2 vs L4)间的DEG基因数(498)。GO富集分析显示,四个发育时期的DEG主要共同富集到分子功能、细胞组分、生物过程等GO条目。KEGG富集分析发现,四个时期的DEGs主要共同富集到次生代谢合成、代谢过程、植物信号转导通路,主要参与了苯丙氨酸代谢、α-亚麻酸代谢、氰氨基酸代谢、光合作用-天线蛋白质等代谢途径。通过转录组测序分析了不同发育阶段的‘冷白玉’枣幼胚差异基因表达状况,为寻找枣胚发育的相关基因提供理论参考。     

猪毛菜不同部位转录组特征分析

本研究以猪毛菜的地上部分和地下部分为实验材料,通过转录组测序分析探讨猪毛菜不同组织部位的基因表达特征和代谢物质形成有关的基因调控。测序数据分析结果显示获得192 777条转录本序列。差异表达筛选得到14 424个差异基因,其中上调表达基因6 137个,下调表达基因8 287个;GO功能富集分析得到14 424个差异基因。差异基因与KEGG数据库进行比对,共有5 169个差异基因注释在138个通路上,其中参与次生代谢途径共11条通路呈显著性富集。进一步分析黄酮类化合物合成和异喹啉生物碱生物合成通路中的差异基因和其对应的相关酶。随机选取了黄酮类化合物合成通路上的8个基因,通过RT-qPCR分析验证了转录组数据的准确性。本研究利用高通量测序技术和生物信息分析获得猪毛菜不同部位的转录组信息特征,为猪毛菜的药用成分研究和基因功能鉴定提供了科学依据。     

脱落酸对棉花体细胞胚胎发生的影响

【目的】研究脱落酸(Abscisic acid, ABA)对棉花体细胞胚胎发生过程中下胚轴脱分化和再分化的影响,优化体细胞胚胎发生体系和初步解析脱落酸调控棉花体细胞胚胎发生分子机制。【方法】以棉花品种中棉所24(CCRI 24)下胚轴为外植体,设置5个ABA浓度0、0.02、0.04、0.06、0.08μmol·L^-1,分别以A0、A1、A2、A3、A4表示,添加至MSB(MS培养基+B5维生素)培养基诱导愈伤和胚性愈伤,研究ABA对棉花下胚轴初始细胞脱分化、愈伤组织诱导和胚性愈伤组织诱导的影响。【结果】ABA促进下胚轴初始细胞脱分化;显著提高愈伤组织的脱分化率和增殖率;0.02μmol·L^-1ABA显著提高胚性愈伤分化率,0.04~0.08μmol·L^-1ABA显著降低胚性愈伤分化率。ABA处理后胚性愈伤和非胚性愈伤的增殖率均显著提高且质地受到影响。0.02~0.08μmol ABA处理下,LBD和LBD在愈伤起始期上调表达。0.02μmol·L^-1ABA处理下,在愈伤增殖早期和中期BBM、LEC1和AGL15上调表达,愈伤增殖后期FUS3、LEA、ABI3基因上调表达。【结论】脱落酸调控的棉花体细胞胚胎发生与相关标记基因的时空性表达密切相关,这些基因表达水平的增加是ABA调控愈伤和胚性愈伤分化的分子基础。     

陆地棉体细胞胚胎发生过程中的mRNA差异显示分析

以未经诱导的棉花下胚轴、经愈伤诱导10d的下胚轴和胚性愈伤组织为材料,利用差异显示反转录 PCR(DDRT PCR)技术对陆地棉体细胞胚胎发生过程中的cDNA差异表达进行了初步研究。反转录获得cDNA第一链,经3个锚定引物和随机引物的DDRT PCR,产物经测序胶电泳分离,共得到约200个差异表达cDNA片段,其中51个为陆地棉胚性愈伤组织所特有,从中还获得相关基因上游或下游的调控系列,从其中一个样品中可成功分离、克隆24个cDNA片段。经Northern杂交验证,从获得的差异片段中找到了一个能稳定出现的阳性cDNA片段,该片段仅出现在胚性愈伤组织阶段。对该片段进行克隆、测序和序列同源性分析,发现该片段是一个功能未知的cDNA片段。     

脱落酸对棉花体细胞胚胎发生的影响

【目的】研究脱落酸(Abscisic acid, ABA)对棉花体细胞胚胎发生过程中下胚轴脱分化和再分化的影响,优化体细胞胚胎发生体系和初步解析脱落酸调控棉花体细胞胚胎发生分子机制。【方法】以棉花品种中棉所24(CCRI 24)下胚轴为外植体,设置5个ABA浓度0、0.02、0.04、0.06、0.08μmol·L~(-1),分别以A0、A1、A2、A3、A4表示,添加至MSB(MS培养基+B5维生素)培养基诱导愈伤和胚性愈伤,研究ABA对棉花下胚轴初始细胞脱分化、愈伤组织诱导和胚性愈伤组织诱导的影响。【结果】ABA促进下胚轴初始细胞脱分化;显著提高愈伤组织的脱分化率和增殖率;0.02μmol·L~(-1)ABA显著提高胚性愈伤分化率,0.04～0.08μmol·L~(-1)ABA显著降低胚性愈伤分化率。ABA处理后胚性愈伤和非胚性愈伤的增殖率均显著提高且质地受到影响。0.02～0.08μmol ABA处理下,LBD和LBD在愈伤起始期上调表达。0.02μmol·L~(-1)ABA处理下,在愈伤增殖早期和中期BBM、LEC1和AGL15上调表达,愈伤增殖后期FUS3、LEA、ABI3基因上调表达。【结论】脱落酸调控的棉花体细胞胚胎发生与相关标记基因的时空性表达密切相关,这些基因表达水平的增加是ABA调控愈伤和胚性愈伤分化的分子基础。     

荔枝早期体细胞胚发生相关microRNA的鉴定与分析

荔枝(Litchi chinensis Sonn.)种胚发育状态直接影响种子和果实大小及其品质,但迄今为止对其发育分子机理尚缺乏系统研究与了解。本研究利用‘御金球’荔枝幼叶诱导的胚性愈伤组织(EC)和早期体胚(SE)进行小RNA高通量测序。利用生物信息学方法鉴定体胚发生相关microRNA (miRNA),预测其靶基因,筛选潜在的miRNA-靶基因互作对;并利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)方法对差异miRNA与miRNA-靶基因的关系进行验证。在EC和SE小RNA文库中共鉴定得到属于564个家族的1 127个已知miRNAs。与EC相比,有88个miRNAs在SE中差异表达,包括51个上调和37个下调miRNAs。其中80个miRNAs预测得到581个靶基因,多为转录因子和参与初级、次生代谢途径的酶基因。根据基因表达模式共筛选得到167个具有负调控关系的miRNA-靶基因对,涉及胚胎发育、激素信号、氧化还原和细胞壁建成等生物学过程。RT-qPCR结果表明12个miRNAs的表达在胚性愈伤和体胚发生阶段变化显著,且4个miRNA-靶基因对具有负调控表达模式,这些结果与小RNA测...     

甘蓝型油菜种子发育灌浆后期的转录组分析

油菜种子发育是产量和品质形成的关键发育阶段,包含了复杂的发育过程和调控网络,有效地解析种子发育的转录调控机制具有重要的意义。以甘蓝型春油菜品种青杂5号为研究材料,利用RNA-seq技术对种子发育的后期(30-DAF,40-DAF)2个发育时间进行转录组测序,筛选差异基因,并利用GO数据库和KEGG数据库注释差异基因功能和可能参与的调控途径。结果表明,从油菜种子灌浆后期的2个时间点的转录组中分别检测到70 850和65 193个表达基因,筛选得到2 654个差异表达基因,其中1 941个基因下调表达,713个基因上调表达,29个基因表达差异倍数|log2Ratio|≥10。GO基因功能分析显示,生物学途径中富集最显著的条目是染色质组装相关的等生物学过程,分子功能方面富集最显著的条目依次是蛋白质代谢、营养库活性等功能类别,而在细胞组件方面富集最显著的条目是染色体相关的等细胞组件。Pathway显著性富集分析显示注释基因最多的途径是次生代谢途径,其次是淀粉、蔗糖代谢途径、苯丙素生物合成途径中的、碳代谢途径和氨基酸生物合成途径。甘蓝型油菜种子发育后期的转录组分析表明,种子发育30-DAF时期次生代谢物、脂质代谢等表达活跃,40-DAF时期逐渐转变为蛋白质、氨基酸生物合成、光合碳代谢、碳代谢等表达活跃,提示油菜种子灌浆后期仍处于复杂的物质与能量代谢调控过程。     

大白菜LBD基因参与愈伤组织发生及植株再生初探

植物离体再生主要经历愈伤组织形成、胚状体或器官发生和不定芽产生等过程,其中愈伤组织形成是在外源生长素和相关蛋白因子的共同作用下完成的,是植物离体再生的关键环节。拟南芥LBD16、LBD17、LBD18和LBD29是促进胚性愈伤组织发生的关键转录因子。通过对37种白菜高代自交系外植体芽再生频率的统计分析,选出具有显著差异的材料,研究了大白菜愈伤组织发生过程中上述同源LBD基因的表达变化模式,初步分析了LBD基因表达对大白菜愈伤组织产生和再生频率的影响。结果显示:白菜LBD基因与拟南芥LBD基因有很高的序列同源性,共有8个上述基因的同源基因;离体培养的白菜外植体在诱导7 d时产生愈伤组织,而LBD基因在此时表达量达到最高,然后开始降低,在整个愈伤诱导过程中呈现先上升后下降的趋势;在愈伤诱导各时期中,LBD基因在高再生频率材料中的表达一般都要高于低再生材料。这些结果表明,LBD基因参与大白菜愈伤组织产生并促进离体组织植株再生的关键基因,这为从分子水平上筛选高效再生材料,建立高效遗传转化体系奠定了基础。     

基于转录组测序分析的黄精种子休眠解除相关差异基因研究

旨在获得黄精转录组数据库并挖掘参与其种子发育和休眠解除相关基因,以休眠解除前后的黄精种胚为试材,利用新一代高通量测序手段对供试样品进行转录组测序,并进行系统的生物信息学分析。黄精种子休眠解除前后样品中共得到79716个差异表达基因,上调的表达基因有60074个,下调的表达基因有19642个。休眠解除前后的黄精种胚中共有130284个差异表达基因被GO功能注释到生物进程、分子功能和细胞组分3个大类56个亚类,注释的差异表达基因与代谢过程、生物调控、细胞组分合成和酶催化活性等密切相关。KEGG代谢通路结果表明,共有65038个差异表达基因,涉及138个代谢通路,主要参与碳代谢、次生代谢产物的生物合成和多糖的代谢。基于KEGG数据库中注释结果,共发现15条与黄精种胚休眠解除相关的代谢通路。黄精种子发育与休眠解除过程,大量的种胚形态建成、多糖分解及蛋白质合成差异基因参与表达,并涉及到多个代谢途径的相互作用,构成复杂的休眠解除调控网络。     

马铃薯块茎创伤木栓化过程的转录组分析

马铃薯块茎受到创伤后诱发的木栓化,对块茎的愈伤和保持良好品质等方面具有重要作用。为探究马铃薯块茎创伤木栓化过程中的分子机制,本研究以‘D47’为实验材料,在马铃薯块茎创伤后0、27、54 h分别取样进行转录组测序及分析。结果表明,创伤27 h后诱导的DEGs有8 184个,其中显著上调4 829个,显著下调3 355个;与27 h相比,54 h有3 385个DEGs,其中显著上调2 259个,显著下调1 126个。GO富集分析表明,差异基因主要集中在氧化还原酶活性、氧化还原过程、生物过程、代谢过程和催化活性。KEGG富集分析表明差异表达基因主要富集在苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代谢、谷胱甘肽代谢、植物激素信号转导、脂肪酸代谢途径。实时荧光定量PCR验证结果表明,6个DEGs的差异表达结果与转录组分析的结果基本一致,证明转录组数据的可靠性。     

不同生长年限桔梗根部差异表达基因挖掘分析

为深入了解不同生长年限桔梗根部基因表达差异,本研究以1年及3年生紫花桔梗根部为试验材料进行转录组分析。共获取41.84 G clean base,拼接后获得54 425个Unigene,平均长度为1 352 bp。筛选得到3 700个DEGs,其中2 514个在3年生样本中上调表达,1 186个下调表达。3 700个差异表达基因共富集到2 975个GO项,52项显著富集。52项显著富集中,分子功能28项,生物学过程21项,细胞组分3项。KEGG富集表明,上调DEGs显著富集到植物病原体互作、淀粉蔗糖代谢、苯丙烷类生物合成和植物激素信号传导途径,下调DEGs显著富集到光合作用-天线蛋白、光合作用、玉米素生物合成途径。同时对各个途径中显著差异表达基因注释到的差异相关蛋白、转录因子及关键酶基因进行挖掘。荧光定量PCR的表达与转录组测序结果的一致性说明转录组测序数据可靠。该研究通过分析不同生长年限桔梗根部转录水平上的差异,有助于理解不同生长年限桔梗产量、结实率及植株抗病性等方面存在的差异,为后期开展桔梗分子育种、生长发育及相关功能基因解析提供基础信息。     

玉米再生相关基因ZmLEC1的序列变异及其与胚性愈伤组织形成能力的关联分析

以95份玉米微核心种质和3份常用玉米转基因受体材料(A188、HiII和综31)组成的关联作图群体,对玉米再生相关候选基因ZmLEC1进行序列变异分析,并利用候选基因关联分析策略揭示该基因与胚性愈伤组织形成能力的关系,发掘提高胚性愈伤组织形成能力的有益等位变异。结果表明,不同材料之间的幼胚胚性愈伤组织形成能力和再生能力有显著差异,其中粤267-1-1诱导的愈伤组织和国际上普遍利用的HiII极为相似,胚性愈伤组织率达到98.48%,可以用于幼胚的遗传转化。ZmLEC1基因多态性分析表明,在852 bp编码区内共发现33个SNPs和9个INDELs,LD衰减距离为300 bp (R²=0.1),ZmLEC1基因中4个多态性位点与胚性愈伤组织形成能力存在显著关联。     

三叶青早花基因的克隆及其对光质与光周期信号的响应

早花基因是植物生物钟感受光信号的重要分子元件,而生物钟与植物碳水化合物的代谢及运输有重要关系。为了解光质及光周期信号对三叶青的块根产量及早花基因表达的影响,本研究以怀玉山三叶青为试材,从三叶青的块根发育不同时期的转录组中筛选到3个差异表达的早花基因cDNA序列,通过RT-PCR法对其开放读码框进行扩增,并对其核酸序列及推导的蛋白质序列进行初步的生物信息学分析。测产实验表明,蓝光补充光照处理组产量最高,白光处理组产量最低,且与对照组呈显著差异;长日光周期可显著提高三叶青块根产量,而短日处理条件下块根产量显著降低。通过RT-qPCR方法分析表明红光显著促进叶片中早花基因的表达,红光处理及蓝光处理条件下,块根中早花基因的表达显著受到抑制;光周期信号对早花基因表达分析表明,3个早花基因的表达都受光周期调控,表现出不同的表达模式。     

OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响水稻产量的主要因素之一,开展水稻耐盐机制的研究十分必要。为了揭示OsWD40基因参与耐盐的分子机制,以日本晴和OsWD40过表达水稻株系为材料,用浓度为200mmol/L的NaCl分别处理0、12、24和48h,对其根系进行转录组测序分析。结果显示,比较日本晴和OsWD40过表达株系在盐胁迫相同时间（ST0与NT0、ST12与NT12、ST24与NT24、ST48与NT48）的基因表达量,分别检测到1950、1646、3499和1522个差异表达基因。其中,盐胁迫处理24h的差异表达基因多于0、12和48h处理。对4个比较组的差异表达基因分别进行GO功能富集分析和KEGG代谢通路分析,发现差异表达基因主要富集在盐胁迫响应、脱落酸响应和转录调控等GO条目中,富集的重要代谢通路主要是植物激素信号转导,植物MAPK信号传导途径和苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成相关的次生代谢途径等。同时,转录因子家族基因,如WRKY、MYB和bHLH等,在各比较组中呈现差异表达。由此推测,苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成等植物次生代谢途径在OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫中发挥着重要作用,而且OsWD40可能介导响应脱落酸的基因转录调控,激活下游盐胁迫相关基因的表达。     

盐、低磷以及干旱胁迫下乌拉尔甘草根转录组分析

对乌拉尔甘草根进行转录组测序分析,挖掘响应盐、低磷和干旱胁迫的相关基因,探讨甘草抵御逆境胁迫的分子机制。以150 mmol/L NaCl模拟盐胁迫、10μmol/L KH₂PO₄模拟低磷胁迫和15%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫处理下的乌拉尔甘草根作为研究材料,应用Illumina HiSeq 2000测序平台对根进行转录组测序,对测序结果进行基因功能注释分析和差异表达基因(DEGs)筛选。分别获得盐、低磷和干旱胁迫处理下甘草根中4 294、3 201和4 719个DEGs。GO富集结果表明,3种逆境胁迫下甘草根中的DEGs均显著富集到细胞过程、代谢过程、刺激响应、细胞、细胞器、催化活性等功能过程中;KEGG途径富集分析表明,3种胁迫处理下的DEGs显著富集的代谢途径主要涉及基因表达调控、生物合成及代谢、信号转导等。转录因子鉴定结果显示3种胁迫处理下差异表达数量最多的转录因子主要来自ERF、bHLH、MYB-related、WRKY、Dof、NAC等转录因子家族;基因表达水平分析显示,参与植物激素代谢及信号转导相关的DEGs在盐胁迫...     

低温胁迫下马铃薯的数字基因表达谱分析

以马铃薯品种合作88为材料,利用数字基因表达谱(DGE)技术,对–2℃低温胁迫处理后的马铃薯叶片c DNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明,有28 505个基因受低温胁迫诱导差异表达,其中上调表达基因13 703个,下调表达基因14 802个。GO功能显著性富集分析表明,DEGs主要涉及信号生物代谢过程、氧化还原过程、能量代谢、次生代谢过程以及催化活性。KEGG富集分析表明,上调表达基因主要富集于苯丙烷、光合作用天线蛋白、类胡萝卜素的生物合成、苯丙氨酸代谢及淀粉与蔗糖代谢途径,而下调表达基因主要富集于植物激素信号转导途径。利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)验证4个DEGs在低温胁迫条件下的差异表达,其结果与DGE分析结果基本一致,证实了DGE测序结果的可靠性。