大豆转录组测序研究进展综述

大豆是世界上最重要的油料作物之一,同时也是人类食物和动物饲料的主要来源。随着第二代基因组高通量测序技术的广泛应用,录组组测序技术的迅猛发展给生物基因组学的研究带来了深刻的影响。转录组研究能够从整体水平研究基因功能和基因结构揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。该文主要简述了转录组测序主要方法及其在大豆研究中的应用,为今后该技术的研究与应用提供参考。     

大豆抗豆卷叶螟的转录组和蛋白质组关联分析

【目的】通过对大豆受豆卷叶螟幼虫胁迫下的转录组和蛋白质组结果进行联合分析,筛选出一些与大豆抗豆卷叶螟相关的候选基因,为深入认识大豆抗豆卷叶螟的分子调控机制奠定基础。【方法】以高抗材料赶泰-2-2（HR）和高感材料皖82-178（HS）为研究对象,运用RNA-Seq技术和iTRAQ技术鉴定出豆卷叶螟幼虫取食诱导0和48 h时样品间的差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白（DEPs）,将在蛋白水平和转录水平关联到的所有可定量数据进行关联分析,计算蛋白水平和转录水平间的相关系数。【结果】蛋白质鉴定结果表明,HR48/HR0、HS48/HS0、HR0/HS0和HR48/HS48比较组中分别鉴定出236、250、213、211个DEPs;转录组鉴定结果表明,HR48/HR0、HS48/HS0、HR0/HS0和HR48/HS48比较组中分别鉴定出1 064、680、605、468个DEGs。定量关联分析结果表明,HR48/HR0、HS48/HS0、HR0/HS0和HR48/HS48比较组的相关系数r分别为0.156、0.2687、0.1149和0.035;HR48/HR0、HS48/HS0、HR0/HS0和HR48/HS48比较组中分别关联到11、9、3和4个DEPs/DEGs,其中蛋白和mRNA表达趋势相同的基因分别有11、9、2和3个,蛋白和mRNA表达趋势相反的基因分别有0、0、1和1个。生物信息学分析结果表明,这些差异蛋白功能涉及代谢途径、核糖体、类黄酮生物合成、亚油酸代谢、氨基糖-核苷酸代谢、氨酰生物合成、亚麻酸代谢、次生代谢产物的生物合成、苯基丙酸生物合成、RNA运转、谷胱甘肽代谢、抗坏血酸盐和aldarate代谢等。功能关联分析结果表明,HR48/HR0比较组中有27条Pathway通路共关联到101个DEPs和23个DEGs,HS48/HS0比较组中有15条Pathway通路共关联到147个DEPs和16个DEGs,HR0/HS0比较组中有18条Pathway通路共关联到82个DEPs和10个DEGs,HR48/HS48比较组中仅有1条Pathway通路关联到71个DEPs和2个DEGs。同时关联发现胰蛋白酶抑制剂A、K型胰蛋白酶抑制剂、查尔酮异构酶4、脂氧合酶9、α-加氧合酶1、9S-脂氧合酶、植物凝集素前体、POD12、应激蛋白SAM22和cAPX1等可能是大豆抗豆卷叶螟潜在的靶标蛋白（基因）。qRT-PCR表达分析结果表明,5个DEPs/DEGs在HR48/HR0比较组的表达趋势与它们的RNA-Seq和iTRAQ结果基本一致。【结论】确定了一些与豆卷叶螟的抗性相关蛋白（基因）和代谢通路,这些差异蛋白可能直接或间接参与大豆对豆卷叶螟的抗虫反应。     

大豆四粒荚突变体子房转录组分析

本研究首次以大豆四粒荚突变体为材料,采用Illumina/Solexa技术对未授粉子房进行转录组测序分析。结果显示:测序共获得55 582个表达基因和2 060个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中上调DEGs 1 381个,下调DEGs 679个,log2 ratio值大于10的DEGs 75个。GO和KEGG差异显著富集分析显示,差异基因几乎参与了如糖、脂肪、氨基酸、激素等所有主要物质的代谢、转录、翻译及信号转导等过程。该测序结果将为四粒荚相关基因的克隆及分子调控机理研究奠定基础,同时也对今后采用分子生物学手段培育优良大豆新品种具有重要理论意义。     

大豆根系响应早期缺铁胁迫的转录组分析

[目的]本文旨在探明2个大豆品种根系对早期缺铁胁迫的响应差异.[方法]以铁高效品种'吉育99'和铁低效品种'吉育93'大豆为材料进行水培试验,将对照(25μmol?L-1 Fe)和早期(1和6 h)缺铁胁迫(1μmol?L-1 Fe)处理的大豆根系进行转录组测序.[结果]与对照相比,铁高效大豆品种差异基因数随着缺铁胁迫...     

大豆种子老化过程中活力指标的研究

以两个大豆种子为供试材料,通过(58±1)℃热水老化,进行了不同老化水平大豆种子生活力及活力指标变化的研究。结果表明:大豆种子老化过程中,发芽势、发芽指数、活力指数都先于发芽率出现明显的下降;随着老化时间的延长,两个不同种皮的大豆品种耐贮能力出现差异;黑色种皮的晋豆3号较黄色种皮的晋豆20号种子在老化过程中各项活力指标都高,显示出其劣变的程度相对较小、耐贮;两个老化品种活力下降曲线均呈反S形曲线走向。     

NaCl处理谷子萌发期种子的转录组学分析

【目的】谷子具有抗旱、耐贫瘠的特性,逐渐成为研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期筛选并获得的谷子耐盐品种和敏感品种为材料,通过RNA-Seq测序筛选鉴定谷子的盐胁迫响应基因,揭示其响应盐害机制,为培育谷子抗盐新种质提供理论依据。【方法】 对14个谷子品种进行了萌发期抗盐筛选。谷子不同品种的种子经150 mmol·L ^-1NaCl处理萌发培养7 d后,分别统计各品种种子的萌发率、根长和芽长,综合各项指标鉴定到豫谷2为耐盐品种、安04为盐敏感品种。以这两个品种盐胁迫前、后萌发期种子为材料,应用RNA-Seq进行转录组测定,分析鉴定盐害下差异表达基因（differentially expression gene,DEG）,并对DEG进行GO和KEGG功能富集分析。同时应用qRT-PCR对随机挑选的15个DEG表达模式进行验证,并与RNA-Seq结果进行相关性分析。 【结果】 耐盐品种豫谷2、盐敏感品种安04种子经盐胁迫处理后,分别鉴定出2 786个和4 413个DEG;其中,每个品种在NaCl处理前及处理后分别鉴定出1 470和3 826个DEG。GO和KEGG聚类分析显示,NaCl处理下参与信号转导、抗氧化、有机酸的合成及转运以及次生代谢等相关的DEG在谷子萌发期种子应对盐胁迫响应过程中具有关键性的作用,DEG主要集中在胁迫响应、离子的跨膜转运、氧化还原、次生代谢及有机酸、多胺、苯丙烷的合成等过程。qRT-PCR对15个DEG表达模式的检测结果与RNA-seq结果相关系数为0.8817。其中编码离子通道的基因（HKT）、过氧化物酶基因（POD）、黄烷酮-3-羟化酶基因（FL3H）、MYB转录因子基因等在豫谷2中表达量较高,显示其在谷子萌发期种子响应盐胁迫中可能发挥一定作用。【结论】 谷子耐盐品种及盐敏感品种的种子对盐胁迫的响应程度具有一定的差异性,且品种对盐害的耐受能力主要与基因对胁迫的响应程度相关,而与DEG的数量相关性不大。     

大豆PP2C家族基因鉴定与响应盐胁迫的转录组分析

植物蛋白磷酸酶2C(PP2C)能够通过影响植物体内多种生物学过程在环境胁迫响应中发挥重要作用.为研究栽培大豆PP2C家族成员在盐胁迫中的功能,通过生物信息学手段结合转录组学分析对栽培大豆PP2C家族进行了系统探究.在栽培大豆中共鉴定出126个PP2C家族成员,并将其在进化树上分为11个亚家族,同一亚家族的成员具有类似的...     

适用于转录组测序的大豆根总RNA的提取方法研究

[目的]获得高质量、高产量并能满足转录组测序要求的大豆根总RNA。[方法]比较分析了Trizol法、CTAB-Li Cl法和试剂盒法的提取效果。[结果]3种方法均能从大豆根中提取出总RNA。但与Trizol法、CTAB法相比,试剂盒法提取的大豆根总RNA纯度高、完整性好,平均浓度达413.9 ng/μL,A260/A280≈2.14,A260/A230≈2.10,方法可重复性好。[结论]试剂盒法提取的RNA满足转录组测序的质量要求,可进行后续的转录组测序和其他分子生物学相关研究工作。     

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、...     

海南油茶2个优良单株的比较转录组学分析

选取“万海1号”和“万海4号”2个海南产油茶 ( Camellia vietnamensis )优良单株为试验材料,采用新一代高通量Illumina转录组测序技术,对二者进行转录组测序分析,并进行差异比较。结果表明,“万海1号”的特异性基因中,有651条被注释到与植株抗病性相关的途径,约占5.26%,有510条被注释到脂肪酸代谢相关的途径,约占4.12%;“万海4号”中有169条特异性基因被注释到倍半萜和三萜生物合成、油菜素类固醇生物合成、类固醇生物合成和单萜类生物合成等植物次生代谢相关途径。2个样本的单拷贝同源基因多被富集到与抗氧化能力相关的GO条目,以及与氨基酸合成代谢相关的KEGG条目,且P值均小于0.05,显示出显著的相关性。本试验可进一步探究海南本地油茶的生理特性及代谢过程,作为海南本地油茶的优良品种选育的科学依据。     

超声波处理对小麦种子活力影响的转录组分析

为分析超声波处理对小麦种子活力及相关基因表达的影响,设置不同时长超声波（0(CK)、10、20、30、40和50min）处理小麦种子,同时借助转录组测序技术筛选与小麦种子活力相关的差异表达基因,进行GO分类及KEGG富集分析。结果表明,超声波处理30min的小麦种子活力最高,且显著高于其他处理和CK。30min处理的小麦幼苗萌发0h的脯氨酸含量以及SOD、CAT、POD的活性均显著高于CK,萌发72h的幼苗SOD、CAT活性与脯氨酸含量均显著高于CK。转录组分析表明,与CK相比,超声波处理30min的小麦种子萌发0和72h共有1 723个差异表达的基因。GO富集分析表明,在生物过程上,超声波处理对种子活力的影响主要集中在氧化还原过程、碳水化合物代谢过程、氧化应激响应与过氧化氢分解代谢过程;在细胞组分上,主要集中在胞外区、质外体、细胞壁和细胞外间隙等质膜外区域;在分子功能上,主要集中在氧化还原酶活性、单加氧酶活性和过氧化物酶活性。KEGG富集分析发现,富集最为显著的3个通路依次为谷胱甘肽代谢（ko00480）、代谢途径（ko01100）与色氨酸代谢（ko00380）,其中谷胱甘肽代谢通路...     

Lectin release by soybean seeds

Lectin is released from soybean seeds during water uptake. Hemagglutination activity data show that the lectin is a preferential release product within the first 8 hours of hydration. A qualitative filter-paper assay for detection of lectin released by single seeds is used to show that the release phenomenon is independent of seed viability and insensitive to azide.     

大豆籽粒7S变异系统产量性状的相关及通径分析

对８个大豆７Ｓ变异系统的高含硫氨基酸品种系进行相关及通径分析,结果表明：（１）在产量性状中,株高、百粒重与小区产量呈显著或极显著的负相关关系,单株粒数与小区产量呈显著的正相关关系。（２）对小区产量的直接通径系数较大的性状为单株粒数、单株荚数、单株粒重和株高。     

基于大豆叶枕响应叶柄角变化转录组的MYB基因分析

【目的】阐明MYB基因家族成员是否参与大豆叶柄角（leaf petioles angle,LPA）变化的调控过程,为大豆理想株型育种研究奠定基础。【方法】以郑196为材料,利用大豆叶枕响应叶片向光运动转录组挖掘差异表达大豆MYB基因（GmMYB）;利用ProtComp 9.0进行亚细胞定位预测;以拟南芥MYB蛋白序列为参考,采用MEGA v5.0软件进行系统进化分析;分别利用在线程序MEME和PlantPAN3.0分析差异表达MYB基因保守基序（motif）和启动子序列的顺式作用元件;以NCBI数据库中大豆转录组数据及RNA-seq数据为基础,采用TBtools进行表达模式分析,并在此基础上进行候选基因的精准定量检测。【结果】①鉴定出13个差异表达GmMYB,其中上调表达9个,下调表达4个;亚细胞定位结果表明,11个MYB蛋白位于细胞核,2个位于细胞外基质。②基于MYB蛋白序列构建系统进化树,可将13个差异表达GmMYB分为6组。③对13个差异表达GmMYB基因结构进行分析,结果共鉴定到10个基序,其中基序1和基序2是MYB保守结构域的一部分。④在启动子区域鉴定获得脱落酸响应元件、参与干旱响应元件、响应光照的顺式作用元件、分生组织表达和生长素响应等多个响应逆境胁迫及光照的顺式作用元件。⑤表达模式分析结果表明,13个差异表达GmMYB基因在大豆不同组织器官中存在表达差异,其中Glyma.01G190100和Glyma.08G042100在叶枕处表达。⑥对Glyma.01G190100和Glyma.08G042100进行精准定量检测,结果显示其相对表达量在叶片向光运动前后变化剧烈,可作为大豆叶柄角调控候选基因用于进一步研究。【结论】鉴定出13个与大豆叶柄角调控相关的MYB基因,其中Glyma.01G190100和Glyma.08G042100可作为大豆叶柄角调控候选基因用于大豆理想株型育种研究。     

水稻种子老化的生理机制

以2个常规稻(99早677,湘早籼24号)和2个杂交稻(株两优819,株两优02)的新鲜种子(高活力种子,萌发率95%以上)为材料,研究人工老化处理时种子的活力变化及其生理生化机制. 结果表明,人工老化过程中,水稻种子的细胞膜很容易受到伤害,浸泡相同时间时,同一品种或组合的种子活力越低,种子浸泡液的相对电导率越高.与高活力种子(萌发率95%以上)相比,低活力种子(萌发率为45%～55%)和死种子(萌发率为0)中的蛋白质含量显著下降,游离氨基酸含量显著升高,但下降或上升的幅度随品种或组合不同而表现明显差异,死种子中,蛋白质含量下降幅度由大到小依次是湘早籼24号,株两优819,株两优02和99早677,分别下降了63.7%,41.2%,37.5%和24.6%;游离氨基酸含量上升幅度则依次是株两02,株两优819,湘早籼24号和99早677,分别上升了51.9%,64.8%,72.7%和77.6%. 与高活力种子相比,株两优819和株两优02的死种子中CAT活性分别下降了78.9%和84.5%,而99早677和湘早籼24号死种子中CAT活性下降幅度较杂交稻低,分别下降了71.3%和60.1%.杂交稻种子不耐贮藏的原因之一可能是细胞中的保护性酶系统较常规稻种子更容易失活.     

大豆籽粒尿囊素酶的变性和化学修饰

大豆籽粒尿囊素酶对十二烷基磺酸钠、尿素、盐酸胍变性处理较不敏感．十二烷基磺酸钠、尿素变性处理的尿囊素酶可通过稀释而恢复活力，但一经盐酸胍变性后却难以通过稀释而恢复活力．酶蛋白质氨基酸残基化学修饰结果表明，巯基、赖氨酸残基、酪氨酸残基不是构成酶分子活力中心的必需基团，色氨酸残基是酶活性中心的必需基团．甘油醛、异烟肼不影响酶反应，而乙酰氧肟氧肟酸抑制酶活力３９．６％     

硫素营养水平对大豆籽粒OAS-TL表达的影响

大豆氧乙酰丝氨酸(硫醇)裂解酶(OAS-TL)催化半胱氨酸合成,是硫素代谢的关键酶。试验以东农46(高油型)和黑农35(高蛋白型)为材料,检测鼓粒期后大豆籽粒OAS-TL在3个不同硫水平(0、0.02、0.08g·kg-1土)下的生理特性,鉴定克隆了该酶基因并分析了其调控表达情况。结果表明,①OAS-TL活性随生育进程推进持续下降,2个品种籽粒OAS-TL活性表现为S20高于S0和S80处理;鼓粒前期施硫效果大于后期;②通过同源克隆获得一个编码OAS-TL基因的cDNA序列,全长1059bp,ORF长855bp,编码34.2ku的蛋白质;③半定量RT-PCR显示OAS-TL稳定态mRNA在籽粒发育早期表达较强,且处理间差异明显,发育后期表达水平逐渐降低。不同硫素处理间OAS-TL的表达有差异,S20上调表达高于S0和S80。     

分光光度法测定大豆籽粒总嘌呤含量

嘌呤(Purine)是一种生物碱,可在人体内代谢为尿酸,当人体尿酸代谢紊乱时会诱发痛风,对人体健康产生不利影响.豆类及其豆制品的嘌呤含量较高(约为1.581 mg.g-1),因此建立大豆籽粒总嘌呤含量检测方法对于评价豆类及其制品的营养保健价值具有现实意义.采用分光光度法即利用物质所特有的吸收光谱来测定其含量的分析检测方法;同时比较皖黄506和Williams82两个品种的豆粉水解时间、水解温度和溶剂浓度对大豆籽粒总嘌呤含量水解效果的影响.结果 表明:总嘌呤含量在267 nm下与吸光度值呈显著正相关(R2=0.09992);在100℃条件下,35％(V/V)的高氟酸处理30 rain时大豆籽粒总嘌呤水解效果最佳.该试验方法简单方便,成本低,可行性强,重现性好,适用于大豆籽粒中总嘌呤含量的测定.     

大豆子叶发育过程中显微结构变化

大豆种子发育过程中,子叶贮藏细胞大量合成和积累贮藏物质,在光镜和电镜下观察了贮藏物质的积累过程。结果表明,在子叶发育过程中,淀粉粒在花后45d以后逐渐减少。花后60d时,子叶细胞中仅有少量淀粉粒存在。淀粉粒的减少可能与脂类和蛋白质的合成有关。蛋白体在子叶发育过程中逐渐增多,花后45～60d数量增加较快。脂体在花后25～45d数量增幅大。起初脂体分布在细胞壁附近。花后60d时,脂体在蛋白体的表面呈镶嵌状分布。     

人工老化处理对菠菜种子生理生化指标及萌发相关基因表达量的影响

为探究菠菜种子老化后活力下降的原因和生理生化指标及基因表达量的变化规律,采用高温高湿人工加速老化的方法处理菠菜种子,并测定菠菜种子人工老化过程中的一系列生理生化指标及萌发相关基因表达量的变化。结果表明:随着老化时间的延长,菠菜种子的根长、发芽势和发芽率,超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶活性以及萌发相关基因(GAI1、GA2ox、RACK1、DGAT、ARP1、ARF、ABA8ox1和VP1)的表达量对比未经老化处理的均逐渐下降;可溶性糖和丙二醛的含量逐渐增加。由于抗氧化酶活性的降低,体内的氧自由基得不到及时的清除,从而导致膜质过氧化作用加剧最后引起生物膜的损伤,这是影响种子萌发和加速种子老化的重要原因之一。