芋不同组织淀粉生物合成和代谢相关基因的差异表达分析

【目的】开展芋（Colocasia esculenta）不同组织的转录组试验,为芋基因功能和代谢调控网络的分子机制研究提供基因资源。【方法】采集播种90 d的荔浦芋1号芋球茎、叶片、叶柄和根进行生理检测和转录组测序,对不同组织的差异表达基因（DEGs）进行GO和KEGG功能富集分析,并对淀粉生物合成和代谢相关基因进行发掘和表达模式分析。【结果】芋球茎的淀粉和可溶性糖含量分别为134.85和23.92 mg/g,在4种组织中含量最高。转录组测序共获得85.41 Gb Clean data,与参考基因组比对效率为90.30%～92.56%,共33828个基因获得功能注释。不同组织间DEGs数量为5625～10562个。球茎与根、叶片和叶柄的比较组中,在生物过程中分别富集到与淀粉生物合成和代谢相关的GO功能2、5和5个;KEGG富集分析显示,在淀粉和蔗糖代谢途径分别富集到146、161和126个DEGs。通过富集分析发掘涉及淀粉生物合成和代谢相关DEGs共82个,其在4种组织中呈不同表达模式,其中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因（AGPase基因）（Taro＿004018和Taro＿026553...     

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

【目的】随着叶龄的增长,葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加,但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道,本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因,阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材,观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态,并采用高通量测序技术进行转录组分析,筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小,积累量少,随着叶龄增长,在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内,淀粉粒体积明显增大,积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据,KEGG富集分析表明,与NL相比,在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现,细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase,PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose,ADPG）的过程,且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase,SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）、α-淀粉酶（α-amylase,AMY）、β-淀粉酶（β-amylase,BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程,同样随叶龄增大上调表达,其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大,叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。     

外源赤霉素调控稻草饲用品质后水稻转录因子基因表达谱分析

为探索外源赤霉素(GA)调控稻草饲用品质的分子机制,采用Illumina HiSeq 2500平台的水稻表达谱芯片技术,分析研究生育后期外源赤霉素处理后水稻转录因子基因表达谱的变化.GA处理后杂交籼稻两优培九与其对照有28个基因表达发生明显变化,其中表达上调的有9个,下调的有19个;表达差异明显的基因主要属于亚油酸代谢、α-亚麻酸的代谢、戊糖和葡萄糖醛酸转换、植物病原物相互作用、淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、嘌呤代谢等途径的基因.GA处理后粳稻品种南粳44有11个基因的表达发生明显差异,其中9个基因表达上调,2个基因表达下调;差异表达基因主要集中在类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇的生物合成、昼夜节律等途径上.进一步采用实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR),验证4个转录因子基因在GA处理后表达变化,与表达谱结果基本一致.     

不同叶龄红小豆叶片的转录组分析

为揭示红小豆苗期不同叶龄基因表达量的变化,以晚熟品种‘唐山红小豆’为材料,通过RNA-Seq技术对3叶龄和6叶龄红小豆叶片进行转录组比较分析.结果表明：两个样本的转录组测序共得到94.1×10⁶个原始reads,过滤后得到92.31×10⁶个clean reads, Q30比例为94.17%,GC含量为43.68%,能定位到基因组序列上的碱基数占97.77%,在参考序列上有唯一比对序列数占93.07%;两个样本共获得6 314个差异表达基因,其中,3 059个基因上调表达,355个基因下调表达,对差异基因进行GO和KEGG分析,发现差异表达基因主要富集在光信号接收、昼夜节律、光合作用—天线蛋白、淀粉蔗糖和植物激素信号转导等代谢途径上,其中植物激素信号转导代谢途径中的差异表达基因数目最多,达108个;从昼夜节律、天线蛋白和植物激素信号转导代谢途径中各选取2个差异显著的基因进行验证,结果与FPKM值趋势一致.红小豆转录组测序数据准确可靠,苗期生长发育受到光合作用、淀粉和蔗糖、昼夜节律和植物激素等代谢途径的调控,为红小豆的开花结荚提供保障.该结果为...     

莲藕根状茎膨大过程中淀粉合成相关基因的表达

【目的】通过研究莲藕根状茎膨大过程中基因的表达,挖掘重要的淀粉合成相关基因。【方法】基于转录组测序、数字基因差异表达谱技术以及qRT-PCR方法,研究莲藕（‘美人红’）根状茎膨大过程中淀粉合成相关基因的表达特性。【结果】根状茎膨大始期和中期,淀粉合成缓慢,而膨大后期,淀粉粒明显增大,淀粉含量快速增加。转录组测序结果表明,根状茎膨大过程中34个基因参与了淀粉代谢;差异基因表达谱技术分析显示,LrGBSS、LrSBEI、LrSBEII和 LrSBEIII 4个基因在膨大后期表达量显著增加;qRT-PCR结果进一步证明,上述4个基因与根状茎中淀粉合成密切相关。【结论】莲藕根状茎膨大时淀粉积累主要在膨大后期,LrGBSS、LrSBEI、LrSBEII和 LrSBEIII 4个基因的表达影响莲藕根状茎淀粉的形成。     

三角梅CHS基因的克隆及表达分析

查尔酮合酶（chalcone synthase,CHS）为花青素苷合成途径的关键酶,是观赏植物花色改良分子育种的研究热点。随着生物技术的发展转录组测序技术成为快速克隆新基因的有效手段,以''新加坡大白''三角梅苞片转录组数据库为基础,筛选克隆CHS基因,利用生物信息学方法预测分析其蛋白的结构与功能,通过实时荧光定量PCR技术检测该基因在不同花色三角梅中的表达模式。结果表明:获得的CHS基因cDNA全长1 176 bp（GenBank ID：MT302539）,编码一个43.96 ku的蛋白,定位于细胞质中,含有CHS特征基序及活性位点,三级结构预测显示为二聚体蛋白,系统进化树分析结果显示与同为中央种子目的植物亲缘关系较近,符合系统进化关系。qRT-PCR显示该基因在黄色叶片中的表达量是红色叶片的24倍,表明黄色更适用于花青素途径的研究。研究结果为三角梅花色改良基因转化受体的筛选提供参考。     

基因芯片分析水稻灌浆期籽粒淀粉合成相关基因的表达

水稻Oryza sativa灌浆过程是籽粒胚乳细胞蔗糖转变成淀粉的过程.为了解这期间的基因表达变化,研究利用Affymetrix水稻基因芯片分析了水稻籽粒灌浆3和9 d的基因表达差异,并着重分析了淀粉合成代谢相关基因的表达模式.结果表明,在检测到信号的59个淀粉合成相关基因中,灌浆后9 d相比3 d表达丰度上调2倍的基因有20个,包括SUS2、AGPS2、AGPL2、GBSSⅠ、SSⅡa、BEⅠ等,这类基因对水稻籽粒淀粉合成和灌浆起了至关重要的作用.灌浆后9 d相比3 d表达丰度下调2倍的基因有12个,包括CIN2、SPS3、AGPL1、GBSSⅡ、SSⅢb等,这类基因可能参与胚乳细胞基本结构的形成以及初始淀粉粒的产生.     

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。     

水稻幼苗响应氰化物胁迫的基因表达谱差异分析

为筛选水稻参与氰化物胁迫响应的关键基因,采用Agilent4×44 K水稻全基因组芯片,分析了氰化钾和铁氰化钾胁迫下水稻幼苗叶片和根系的基因表达特征。结果表明：氰化钾和铁氰化钾处理下,从水稻根系中分别筛选到1841和3037个差异表达基因,从水稻叶片中分别筛选到734和1805个差异表达基因;氰化钾处理下,细胞壁代谢和抗逆相关的基因在根中显著上调表达;铁氰化钾处理下,水稻叶中解毒相关基因显著上调表达,说明氰化物能诱导水稻基因差异表达;与细胞解毒作用和抗逆相关的基因、与细胞壁和次生代谢途径相关的基因以及转录因子类基因的表达均显著上调,表明2种氰化物处理下水稻根系和叶片均可能通过调节其体内的一些代谢途径和一些酶的催化活性来应对氰化物的胁迫,积极诱导与防御相关的基因,并通过主动吸收和转运等代谢过程将氰化物代谢解毒,以降低对植物的伤害。     

利用cDNA-AFLP分析内生解淀粉芽胞杆菌 Fy11诱导辣椒差异表达基因

【目的】分析内生解淀粉芽胞杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）Fy11诱导辣椒（Capsicum annuum）幼苗差异表达基因,了解辣椒与内生芽胞杆菌互作的分子机制。【方法】利用cDNA-AFLP技术,采用256对引物,分析辣椒幼苗接种内生解淀粉芽胞杆菌Fy11后5个时间点的基因表达谱;利用qRT-PCR分析差异基因表达模式,验证cDNA-AFLP表达谱。【结果】256对引物共产生18 620个转录本（TDF）,筛选获得353条差异表达条带,占扩增条带总数的1.89%。经克隆、测序分析,最终获得257个差异TDF,聚类分析得到229个独立基因（EST,unigenes）,其中144个基因上调表达,85个基因下调表达。经Blastx比对和功能分类分析,其中65条EST（28.38%）未找到同源性匹配,8条（3.49%）与未知功能蛋白同源性较高。其余156条EST主要涉及基础代谢基因（10.92%）;与能量和抗病与防御类相关基因,各占8.73%;信号转导基因占7.42%;转运子或转座子基因占6.99%;与细胞结构相关基因占6.55%;参与转录调控基因占5.68%;细胞生长类基因占3.93%;参与蛋白质运输和储存有8个基因,占3.49%;蛋白质合成类基因占2.18%;次生代谢类和胞间运输类基因,其数量相对较少,各占1.75%。选取与抗病防御、转录调控及信号转导类等相关的10个差异基因,qRT-PCR分析结果显示其表达模式符合cDNA-AFLP表达谱。【结论】内生细菌与植物互作的分子机制涉及植物多方面生理生化反应,包括抗病防御、转录调控、蛋白质代谢、信号转导、以及非生物胁迫等多种途径相关基因的协同控制。