水稻双组分系统基因干旱胁迫表达谱分析

利用全基因组表达芯片,系统分析干旱胁迫条件下水稻双组分信号系统(two component system,TCS)相关基因在其不同发育阶段、不同组织以及抗旱能力不同的株系中的表达谱变化特征.结果表明,双组分信号系统基因在干旱胁迫环境下的表达具明显的时空特异性,表现为不同组织的TCS基因干旱胁迫表达谱差异较大,而同一组织内表达谱相似,其中生殖生长期(幼穗分化期和孕穗期)两个叶片材料中TCS基因表达谱最为接近;与细胞分裂素信号传导负向调控相关的A型应答调控器在旱胁迫下表达下调,而与CK信号传导正向调控相关的B型应答调控器呈现明显上调趋势,推测与干旱胁迫下CK信号传导增强有关,同时乙烯受体基因在干旱胁迫环境下的表达下调,从激素间相互关系的角度更好地印证了上述推测;与拟南芥细胞分裂素受体基因(AHK2、AHK3和AHK5)序列相似的磷酸感应激酶基因HK5和HK3在干旱胁迫下表达上调,与拟南芥中不依赖细胞分裂素的AHK5序列接近的HK6则表达下调,进一步验证上述推测;干旱胁迫下抗旱能力不同的水稻株系其TCS基因表达谱没有明显差异,推测TCS基因差异表达可能源于对干旱胁迫反应,而其表达对抗旱能力的增强还有待进一步研究.     

假禾谷镰孢侵染小麦后3种植物激素相关基因的差异表达分析

假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)是我国近年新发现的小麦病原真菌,本研究目的是揭示植物激素信号传导途径中相关基因表达对假禾谷镰孢侵染的响应。利用假禾谷镰孢野生菌株WZ2-8A侵染小麦品种周麦24,对接种后5 d和15 d样品进行转录组测序,分析差异表达基因,并对候选基因进行q RT-PCR验证。假禾谷镰孢侵染后,小麦幼苗生长受到明显抑制,根长、株高、根重和地上部分鲜重均显著降低。转录组分析结果表明,植物激素信号传导途径中有29个基因差异表达,涉及到生长素、细胞分裂素和脱落酸3种植物激素。在接种后5 d有11个差异表达基因,其中2个上调,9个下调;在接种后15 d共有25个差异表达基因,其中8个上调,17个下调。在生长素信号传导途径中,生长素输入载体AUX1差异表达,影响生长素的极性运输,从而影响小麦根部的细胞伸长。在细胞分裂素信号传导途径中,起正调控作用的B-ARR上调表达,推测其促进细胞分裂素的信号传导,从而抑制细胞分裂,与生长素协同作用,造成小麦的长势减弱。在脱落酸途径中,脱落酸受体PYR/PYL下调表达;起到负调控作用的PP2C相关基因均上调表达。脱落酸使植物对真菌和细菌的抗性起到负调控作用,其信号传导途径与茉莉酸/乙烯途径相互拮抗,脱落酸信号传导途径的阻遏可能会使茉莉酸/乙烯途径信号通路打开。q RT-PCR结果基本能够和转录组测序结果相拟合,说明在假禾谷镰孢侵染胁迫下,脱落酸的信号传导被抑制可能是中抗品种周麦24对假禾谷镰孢产生一定的抗性的生理基础。     

丙环唑对玉米幼苗生长的调控及其相关机制

丙环唑(propiconazole,简称Pcz)作为一种杀菌剂被广泛应用于作物生产,它同时具有调节作物生长发育的作用,但关于丙环唑在玉米上的应用研究较少。本研究以玉米品种郑单958为材料,研究丙环唑(Pcz)对玉米苗期植株生长、细胞形态和激素信号的影响。结果表明,Pcz处理显著抑制玉米中胚轴与胚芽鞘的生长,降低株高,缩短叶片和叶鞘长度,减小叶夹角,同时显著抑制叶片和叶鞘细胞的纵向伸长,促使叶枕细胞排列由疏松变为紧密;Pcz处理显著降低玉米中赤霉素(GA1和GA3)的含量,下调GA合成酶基因GA3ox1基因的表达,上调GA钝化酶基因GA2ox5和GA2ox8表达,而GA合成酶基因GA20ox1的表达呈现先上调后下调模式;Pcz处理显著降低油菜素内酯(BR)含量,但BR合成基因CPD和DWF4的表达上调,可能是由于反馈调节。此外,Pcz处理下调扩张蛋白基因EXPA4、EXPA5和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因XTH1、XET1的表达。综上所述,Pcz处理调节GA和BR信号转导途径,抑制GA和BR在植株内积累,调控扩张蛋白、木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因表达,操纵细胞生长,有效调控株型。     

外源钙离子对高温胁迫下草莓幼苗影响的转录组分析

为探究添加外源钙离子后高温胁迫下草莓幼苗叶片的基因表达变化情况,本试验以‘红颜’草莓幼苗为材料,设置4个试验处理,分别为对照(昼/夜25℃/17℃16 h/8 h)每株喷施20 mL蒸馏水、对照每株喷施20mL的8mmol/L CaCl₂溶液、高温(昼/夜42℃/34℃16h/8h)每株喷施20mL蒸馏水、高温每株喷施20 mL的8 mmol/L CaCl₂溶液,在高温胁迫第3天时取叶片进行转录组测序和生物信息学分析。结果表明：与高温喷施蒸馏水处理组相比,高温喷施外源钙离子处理组发生差异表达的基因共有2 452个,其中1 504个上调表达,948个下调表达;GO富集分析显示在细胞组成中,差异基因显著富集在细胞、细胞部分和细胞器;在分子功能中显著富集的条目是结合、催化活性、结构分子活性;显著富集的生物过程为代谢过程、细胞过程、刺激应答等;KEGG富集分析表明显著富集的代谢通路有植物与病原体的相互作用和MAPK植物信号传导途径-植物和植物激素信号转导等,进一步分析发现添加外源钙离子会使一些编码钙离子感受蛋白、WRKY转录因子、MYB转录因子、热激...     

基于高通量测序分析中华辣椒果实发育期相关的miRNA

辣椒的成熟过程是一个受基因调控表达以及多种通路协作完成的复杂的过程,其中microRNA在调控基因表达方面具有重要的作用。本研究为了进一步探索辣椒果实中miRNA及其靶基因在果实成熟过程中的功能,构建了中华辣椒(Capsicum chinense)绿熟期、转色期、红熟期不同成熟时期果实的小RNA文库,并利用生物信息学分析探讨其调控过程中的信号通路。结果表明,三个时期分别获得22 138 507、17 692 000和14 480 729条miRNA序列,共鉴定出149条保守的miRNA。其中,绿熟期到转色期下调表达和上调表达的miRNA分别有3和7条,绿熟期到红熟期下调表达和上调表达的miRNA分别有26和22条,说明microRNA参与了果实成熟的过程。靶基因预测及功能富集分析显示它们可能参与了乙烯、生长素、细胞分裂素、脱落酸、茉莉酸介导的信号途径。本研究结果为今后辣椒成熟中的激素调节变化的研究提供了可能的理论依据。     

铺设反光膜促进设施葡萄着色的机理初探

为了探明设施内铺设反光膜对果实品质的影响和促进着色的机理,以京艳为试材,行间铺设反光膜,监测覆膜后葡萄果实的外观与花色苷含量的变化,利用高通量测序和Illumina Novaseq 6000测序平台对着色差异的果皮进行转录组测序及差异表达基因分析。结果表明,12个样本得到了41 151 986～46 673 908条Clean reads,且Q30都在94%以上、Q20在98%以上。Clean reads与葡萄参考基因组比对总数为92.69%～94.22%。差异表达的基因统计结果显示,CK 0 d～CK 7 d差异表达基因数目是3 768个,上调基因1 488个,下调2 280个;覆膜后RF 0 d～RF 7 d差异表达基因数目是5 129个,其中上调表达2 048个,下调表达3 081个,可见覆膜能够促进基因的差异表达。覆膜7 d后,与对照相比,获得934个差异表达基因,上调表达441个,下调表达493个。KEGG富集分析表明,934个DEGs中,共有179个被注释到64条信号通路上,主要富集在代谢、细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理和生物系统五大类代谢途径。其中,苯丙烷生物合成、...     

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。     

低温胁迫下杜鹃杂交后代优良株系的转录组分析

为探索杜鹃抗寒的分子机制,筛选抗寒相关基因,利用人工模拟低温,以杜鹃杂交后代优良株系繁景-6℃(T)处理和25℃(CK)对照为试验材料,进行转录组测序和数据从头组装及生物信息学分析,通过组装得到Unigenes序列122 654个,功能注释结果显示,有大量Unigenes可以注释到基因本体(GO)和蛋白质直系同源数据库(COG)等数据库上,部分Unigenes无匹配信息,可能为杜鹃特有的基因序列。按GO功能分类,繁景杜鹃中的Unigenes分为细胞组分、分子功能以及生物学过程3类,包括51个分支,其中有大量的Unigenes与代谢进程、催化活性和细胞进程相关。上调差异表达基因有6 347个,下调差异表达基因4 482个。通过对转录结果中差异表达显著的4个转录因子家族中的24个基因,其中,上调12个,下调12个,在低温胁迫下的表达水平验证,发现其与转录结果基本一致,证明该转录组数据可靠。     

棉花GhTGA1与GhTGA9.2基因克隆及表达特征分析

为了揭示棉花GhTGA1与GhTGA9. 2基因的生物学功能,利用RT-PCR技术,从抗枯萎病棉花品种中棉所12号中克隆了TGA转录因子基因GhTGA1与GhTGA9. 2。生物信息学分析表明,2个基因开放阅读框(ORF)长分别为1 281,1461 bp,分别编码405,486个氨基酸。序列分析表明,2个基因均含有b ZIP和DOG1结构域,属于b ZIP亚家族TGA转录因子基因。利用实时荧光定量(qRT-PCR)技术进行表达特征分析表明,GhTGA1基因能被枯萎病菌、乙烯(ET)、茉莉酸(JA)诱导上调表达,水杨酸(SA)诱导后,在各处理时间点,该基因表达量均低于Mock,以上结果表明,GhTGA1基因可能通过参与乙烯(ET)和茉莉酸(JA)信号通路调控棉花对枯萎病的抗性;枯萎病处理后,GhTGA9. 2基因在各时间点表达量均低于Mock,呈下调表达,但能被激素(ET、JA、SA)诱导上调表达。结果表明,GhTGA9. 2基因可能通过激素(ET、JA、SA)途径参与胁迫应答,通过对GhTGA1与GhTGA9. 2基因表达特征分析为后续研究提供基础。     

渗透胁迫下烟草叶片基因的差异表达研究

为了解干旱胁迫下烟草的抗旱机制,采用拟南芥基因芯片检测了PEG渗透胁迫（－1.2 MPa）48 h后烟草叶片中基因表达的变化。在31 182个基因微矩阵点中,有效差异表达（ratio值≥2或≤0.5）的基因为135个,上调50个,下调85个。其中包括一些具有防御功能的上调表达基因如两个普遍胁迫蛋白（USP）和与渗透调节物质海藻糖合成有关的基因ATTPS11及多个参与复制、转录和翻译等过程的基因MAPKK、bZIP、锌指蛋白、组蛋白His1-3、脱水响应DREB转录因子、WRKY转录因子家族、分子伴侣等,MAPKK具最大上调幅度,为3.94倍（序列号为At1g51660）。而参与光合作用的6个PSⅠ的光捕获复合体中lhca3和PSⅡ的光捕获复合体中核编码基因的lcb1、lcb2、lcb5、lcb6、lcb4.2的基因表达下调。还检测到38个未知基因,它们的差异表达可能跟渗透胁迫诱导有关,是我们下一步研究的重点。通过分析这些特异表达基因,揭示出一些潜在的生物学规律,为研究烟草逆境生理学提供了有价值的信息。     

干旱胁迫及复水对马铃薯糖代谢途径中基因表达影响的研究

为了明确干旱胁迫对马铃薯的损伤以及复水对其保护效果，利用高通量测序技术进行了马铃薯代谢途径中基因表达研究。试验采用盆栽法，设干旱处理（40%土壤相对含水量，DT）和干旱对照（保持土壤相对含水量为70%并持续14d,CK）、复水处理（土壤相对含水量40%维持14d后恢复至土壤相对含水量的70%,RT）和复水对照（土壤相对含水量保持在70%并维持21d,RCK），研究干旱胁迫与复水处理对马铃薯体内淀粉及糖代谢途径的影响。DT与CK处理相比，有655个基因表达发生显著变化，其中与淀粉及糖代谢途径相关的有13个基因，上调表达的有9个，下调表达的有4个，涉及的酶有11个；RT与RCK处理相比，差异表达基因有644个，与淀粉及糖代谢途径相关的有5个，上调表达的有3个，下调表达的有2个，涉及的酶有4个。干旱胁迫后，淀粉及糖代谢途径中13个基因表达发生变化，涉及代谢途径中11个酶，功能与糖基水解酶、蔗糖合酶、糖基转移酶、淀粉合酶和果胶酯酶相关。复水后，有5个基因表达仍呈显著差异，影响4个酶，发生差异表达的基因数和涉及酶的数量分别减少了8和7个，下降幅度较为明显。虽然不是完全修复，但整体修复效果较好，补...     

AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及抗非生物胁迫基因表达的影响

为明确AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及基因表达的影响,以马铃薯品种陇薯3号(L3)及其AtDREB1A转基因株系T2为材料,采用盆栽试验,在马铃薯盛花期将盆土含水量控制为田间最大持水量(FWC)的45%~50%,观察转基因前后植株表型,并研究叶片MDA含量、RWC、SOD和POD活性及其基因表达的差异。结果表明,正常浇水条件下2个株系各指标差异不大。胁迫20d后,转基因植株T2的表型明显好于对照L3,且RWC显著高于L3;各株系叶片的MDA含量、SOD和POD活性均明显上升,但转基因植株MDA含量上升幅度较对照小,抗氧化保护酶SOD、POD活性升高幅度较对照大,说明转基因植株细胞膜损伤和膜脂过氧化程度较轻,植株的耐旱性明显提高。转录组测序及生物信息学分析发现,转基因材料T2相对于L3的差异表达基因共430个,其中上调表达基因287个,下调表达基因143个。功能注释和显著性富集结果表明,差异表达基因富集涉及GO功能分类体系中生物过程、细胞组分和分子功能3个大类别,且大部分集中在细胞内和膜上,主要涉及信号传导、氧化还原、生物调解、应激反应、发育过程、系统免疫过程、核酸和蛋白结合转录因子活性、转运活性及催化活性。其中抗非生物胁迫相关蛋白PPR、HSP、P450、MLO等家族的大量基因表达量发生较大变化,说明这些基因在转AtDREB1A基因马铃薯抵御干旱过程中发挥着非常重要的作用。本研究为进一步解析AtDREB1A基因提高马铃薯抗旱性的调控网络奠定了基础。     

响应辣椒疫霉菌诱导的CaWRKY转录因子筛选及其信号通路分析

在辣椒基因组中全面鉴定WRKY转录因子并筛选出受辣椒疫霉菌诱导的CaWRKY基因,并分析关键CaWRKY基因参与的信号通路。以CM334和NMCA10399为材料,基于辣椒基因组和RNA-seq数据,并在水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理下通过qRT-PCR技术检测基因表达并分析。全基因组共鉴定出69个CaWRKY基因。接菌后12 h,抗、感材料中分别鉴定出7个和3个差异表达基因;接菌后36 h,分别有13个和22个差异表达基因,表明抗病材料能更快速应答。在筛选出的8个关键CaWRKY基因中,CaWRKY19和CaWRKY65受SA诱导上调表达;CaWRKY50受MeJA诱导上调表达;CaWRKY25受SA诱导上调表达同时受到MeJA抑制下调表达,而CaWRKY49同时受SA和MeJA抑制下调表达,推测CaWRKY19和CaWRKY65通过SA,CaWRKY50通过JA,而CaWRKY25和CaWRKY49则通过SA和JA信号途径参与辣椒抗疫病防御反应。     

大豆叶片响应CO2浓度升高、干旱及其交互作用的转录组分析

气候变暖及大气CO₂浓度升高成为全球共识,由此增加极端天气气候事件(干旱)发生的频率和强度并对大豆生产带来不确定性。本研究通过大豆表型和叶片转录组测序(RNA-seq)分析,阐释CO₂浓度升高、干旱及其交互条件对大豆基因表达影响,明确CO₂浓度升高影响大豆耐旱性的调控途径,并在两个不同遗传背景品种中验证,从分子水平为未来气候变化背景下大豆抗旱育种提供理论参考。表型结果表明, CO₂浓度升高促进了大豆的生长并缓解干旱胁迫的负面效应。叶片转录组测序分析共筛选到89个CO₂响应基因, KEGG分类显示这些基因主要参与抗氧化物质(萜类、黄酮类等)代谢,同时特异性差异表达基因功能主要集中在细胞组分和生长发育方面。干旱条件下筛选的1006个差异表达(16倍)基因主要参与各类氨基酸(脯氨酸、色氨酸等)代谢途径,绝大多数蛋白质合成与转运相关基因上调,表明干旱胁迫下大豆叶片内物质合成交换过程加强。交互条件下筛选出的8566个差异表达基因主要参与碳水化合物代谢,光合作用-天线蛋白途径的相关基因几乎...     

PEG胁迫下玉米转录组差异性分析

为了明确玉米响应PEG胁迫的关键表达基因,比较PEG胁迫下玉米基因表达的差异,本实验利用RNA-seq对正常灌溉和干旱胁迫的玉米进行转录本测序和数据分析,共获得12358个差异表达基因,其中5275个基因为上调表达,7083个基因为下调表达。对差异表达基因进行COG功能分类,共得到23个不同的COG功能,其中翻译后修饰,蛋白质转换,伴随蛋白681个,占7.74%;信号传导机制功能有转录本675个,占7.67%;转录506个,占5.75%。KEGG通路显著富集到光合作用-天线蛋白、光合生物的固碳作用、卟啉和叶绿素代谢、脂肪酸降解、精氨酸和脯氨酸代谢、磷酸肌醇信号等生命代谢途径。     

灭多威胁迫下罗非鱼精巢转录组变化及信号通路分析

应用高通量测序技术(RNA-seq),获得显著差异表达基因369条,160条基因显著下调,209条基因显著上调。其中显著差异表达基因在ECM与受体相互作用信号通路和MAPK信号通路中富集明显。分析发现,灭多威对精巢组织细胞粘附性造成影响,诱导ECM与受体相互作用中相关基因表达显著上调,如层粘连蛋白Laminins、整合素ɑ6、β1等,以稳定精巢组织结构；JNK途径中MAP3K、MKK4、JNK显著表达上调,增强录因子AP-1,促进 P53、Bax等促凋亡蛋白的表达；MAPK信号通路ERK途径中相关生长因子表达受到影响,从而可能对罗非鱼精巢组织生殖细胞增殖产生影响。     

荫蔽胁迫下大豆茎秆形态建成的转录组分析

玉米-大豆套作种植模式是国家农业重点推广技术,研究该模式下大豆茎秆对荫蔽胁迫响应的分子机制将有助于大豆耐荫性的分子遗传改良。利用转录组测序技术分析荫蔽胁迫对南豆12和南032-4大豆茎秆转录基因表达的影响,结果表明,荫蔽条件下,南豆12和南032-4分别有287个和110个差异转录基因,皆以上调为主。基因功能注释分析显示,这些基因主要富集于次生细胞壁的生物起源、多糖的合成、钙调素结合和水解酶活性等生物过程中。荫蔽条件下,南豆12响应木质素、生长素合成的相关基因上调,南032-4响应茉莉酸、乙烯合成的相关基因上调,响应赤霉素代谢的相关基因则下调,但南豆12表现出更多的差异转录基因。大豆茎秆积极响应荫蔽信号,增加茎秆细胞壁多糖,加快次生细胞壁的生成,从而阻碍茎秆横向生长,使大豆茎秆变细,同时增加水解酶活性,加快细胞的松弛,使大豆茎秆伸长。南豆12和南032-4也通过各自特有的差异转录基因响应荫蔽,但南豆12通过更多地增加细胞壁多糖、木质素含量以及对生长素的响应等来增加茎秆强度,保持茎秆一定的形态优势,最终提高自身抗倒伏能力,表现出对荫蔽更强的适应性。