利用mRNA差异显示技术筛选线果芥抗旱相关基因

【目的】十字花科短命植物线果芥在新疆干旱环境下生长,具有较强的抗旱性,研究十字花科短命植物线果芥的抗旱机制。为进一步了解线果芥的抗旱机理和从野生植物资源中发掘一些优异的抗逆基因奠定基础。【方法】用20%PEG6000处理3~4周的线果芥幼苗,分别提取0、3、6、9、12、24及48 h的线果芥叶片总RNA。用mRNA差异显示技术筛选差异表达的基因。【结果】使用80对引物组合共筛选获得差异片段18个,分别命名为DF1-DF18,其中表达上调的有12个,下调的有6个。按照基因的功能可以划分为6大类:基础代谢、转录因子、抗病相关、假想蛋白、未知蛋白和光周期蛋白。其中以基础代谢相关基因最多。对其中的DF-2、DF-6及DF-14进行高盐和干旱胁迫下的表达模式分析,这三个基因均受干旱和盐调控表达。【结论】从短命植物线果芥中筛选了18个抗旱相关的基因,并对其中的3个基因进行表达模式分析,的确受干旱和盐胁迫的诱导表达。     

海马齿根系响应盐胁迫的转录组分析

【目的】对盐胁迫下海马齿根系进行转录组测序分析,挖掘海马齿根系耐盐相关基因,为揭示海马齿耐盐的分子机制提供参考。【方法】利用Illumina测序技术对0 mmol/L NaCl （对照组）和400 mmol/L NaCl胁迫处理（盐胁迫处理组）下的海马齿根系进行转录组测序分析,从中筛选出差异表达基因,选取13个基因进行实时荧光定量PCR （qRTPCR）检测,以验证转录组数据的可靠性。【结果】在海马齿根系转录组中共鉴定出305145个转录本,平均长度为622 bp,其中,对照组有146177个长度>300 bp的转录本,盐胁迫处理组有72173个长度>300 bp的转录本;共有65535条Unigenes在Nr、GO、Swiss-Prot、COG和KEGG五大数据库注释成功,占Unigenes总数的52.36%。对照组和盐胁迫处理组共有65535个差异Unigenes,其中,有182个热休克蛋白基因。对照组和盐胁迫处理组间共有24042个差异表达基因,从中选取13个基因进行qRT-PCR检测,结果显示,9个基因表达上调,其余4个基因表达下调,与转录组测序结果一致。24042个差异表达基因中,共有10106个显著差异基因富集到129条代谢通路,其中富集程度排名前10的代谢途径为核糖体、次级代谢生物合成、RNA转运、内吞作用、剪接体、甘油磷脂代谢、内质网加工、吞噬、醚脂类代谢和植物-病原体相互作用,参与盐胁迫相关的硫代谢、脯氨酸积累、活性氧（ROS）代谢、与盐胁迫相关的钙信号通路和过氧化氢代谢等途径的差异基因上调。【结论】在盐胁迫下海马齿差异表达基因如小分子量热激蛋白基因、抗氧化酶相关基因及与离子交换相关基因发挥了重要调控作用。     

利用基因芯片研究小麦耐盐突变体盐胁迫条件下基因的表达图谱

 【目的】研究小麦在不同盐胁迫时间下根部基因的应答反应。【方法】利用基因芯片技术，分析盐胁迫下耐盐小麦RH8706－49的小麦根部基因的表达情况。【结果】获得了61 215个小麦基因的差异表达图谱。在不同盐胁迫时间下大量根部基因的表达发生很大变化，即有盐诱导表达的基因，也有盐抑制表达的基因，同时对杂交数据进行多种聚类分析，并对基因表达差异的原因进行了初步分析。【结论】小麦耐盐机理非常复杂，是大量基因协调表达的结果，其中盐诱导表达基因的作用非常重要。     

CMV侵染胁迫下黄瓜重要功能基因表达及代谢响应的研究

【目的】研究黄瓜花叶病毒病（CMV）侵染胁迫下黄瓜重要功能基因表达和代谢途径响应。【方法】在结合气体交换和叶绿素荧光参数及抗性相关酶活性测定的基础上, 应用农业部园艺植物生长发育与品质调控重点开放实验室自主开发的黄瓜cDNA芯片研究黄瓜在CMV侵染胁迫下的基因表达谱变化,并对其中5个具有代表性的基因通过实时荧光定量PCR（QRT—PCR）进行检测,以验证cDNA芯片杂交结果的可靠性。【结果】共获得67个差异表达显著的基因,其中42个基因下调表达,25个基因上调表达。这些差异表达的基因涉及了许多重要代谢途径。许多与光合作用、氮同化相关的基因受到明显的抑制;而一些防御相关基因和信号传导相关基因则诱导表达;同时,也发现了一些与CMV胁迫相关的功能未知基因或未有任何功能信息的基因。【结论】CMV胁迫引发了黄瓜代谢发生一系列复杂的适应性变化,PR1-1a等基因可能在黄瓜防御CMV侵染过程发挥着重要作用。     

秋茄(Kandelia candel L.)响应重金属胁迫的数字基因表达谱

基于高通量测序的数字基因表达谱(DGE)技术,对重金属污水胁迫处理组和对照组秋茄材料进行转录组测序分析。结果表明,重金属污水胁迫处理样品与对照样品相比,共筛选出的3 097个差异表达基因,其中2 202个表达上调,895个表达下调。GO功能显著性富集分析出38个GO分类条目,大量与生长发育,代谢调控,环境刺激响应相关的基因表现为富集。进一步的KEGG代谢途径分析表明,差异表达基因主要与糖类、核酸、蛋白质和脂质等生物大分子代谢、能量代谢以及次生代谢过程有关。转录因子分析发现b HLH,MYB,NAC和WRKY在重金属胁迫中发挥重要作用。此外,重金属胁迫还促进萜类、黄酮类化合物生物合成的关键酶基因(牻牛儿基焦磷酸合酶(Unigene0029352)、黄酮醇合成酶(Unigene0010384))的表达,进而促进秋茄有效成分的积累;显著诱导细胞分裂素相关基因type-b响应调节子ARR2(Unigene0033740)的表达、抑制油菜素内酯的信号转导组分基因BSK(Unigene0008986)的表达,进而提高秋茄对重金属胁迫的适应能力。实验选取了5个与环境刺激响应密切相关的基因,通过qRT-PCR验证了它们在重金属污水胁迫处理下的表达差异,结果与数字基因表达谱分析的结果较为一致,证实了差异表达基因数据的有效性。说明在重金属胁迫处理下,秋茄通过调节基因表达提高自身对污染胁迫的耐受能力。     

盐胁迫下转 DcCIPK24 拟南芥的转录组比较分析

【 目 的】 探 究 铁 皮 石 斛（Dendrobium catenatum Lindl.）DcCIPK24 的 下 游 响 应 基 因， 为 研 究DcCIPK24 提高耐盐性的分子调控途径提供指导。【方法】利用 Illumina NovaSeq 6000 测序平台对 200 mmol/L NaCl 处理和对照组的转 DcCIPK24 拟南芥、野生型拟南芥进行测序，分析差异表达基因的富集通路，并对通路中的差异基因进行荧光定量 PCR 验证。【结果】盐胁迫下，从 2 个转基因拟南芥株系与野生型拟南芥的比较组合中共鉴定出 96 个差异表达基因；GO 注释分析发现 96 个差异基因主要被富集在分子功能相关通路；KEGG 富集分析发现差异基因主要被注释在氨基糖和核苷酸糖代谢、植物 MAPK 信号通路和甘油酯代谢通路中，选取上调表达的差异基因 AtGPAT5、AtSIRK、AtMEE25、AtUGE5 和下调表达基因 AtAMT1-2、AtATTI3、AtCYP71A25、AtLHCB4.3 进行实时荧光定量 PCR 验证，结果表明盐胁迫下 8 个差异基因表达趋势与转录组数据基本一致。【结论】盐胁迫下，DcCIPK24 主要通过氨基糖和核苷酸糖代谢途径、植物 MAPK 信号途径和甘油酯代谢通路响应耐盐。     

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。     

水稻与白叶枯病菌互作的基因表达谱分析与差异性表达基因的识别

【目的】从基因组水平上阐明水稻在与白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo)感病互作条件下基因表达反应的特征。【方法】用cDNA-AFLP方法对Xoo接种处理不同时间的水稻细胞进行基因表达谱分析。【结果】在测定的大约4 000个水稻cDNA片段中，363个(9.1%)是差异性表达的，其中295个受Xoo诱导上调表达，68个被抑制下调表达。根据在不同互作时间点的表达特征，它们可分为7种表达类型。对31个差异片段的序列同源性进行分析，发现它们在己公布的水稻全基因组中完全相同的序列，但只有10个基因具有已知或推断的生物学功能，其余21个基因功能未知。用荧光实时定量PCR分析法证实了cDNA-AFLP基因表达结果。【结论】构建了水稻－Xoo感病组合在细胞水平上互作的基因表达谱，从基因组水平上识别了一批受Xoo诱导或抑制表达、与水稻感病反应相关的基因，这些新基因的发现为开展水稻感病功能基因组学的研究提供了材料。     

不同耐盐性高粱在盐逆境下的比较转录组分析

【目的】土壤盐渍化是制约作物生产的重要非生物胁迫因子之一,高粱耐盐性强,进行高粱耐盐基因挖掘及分子机制研究是开发和利用盐渍土壤的有效途径,通过转录组测序分析与高粱耐盐相关的基因调控机制和代谢通路,挖掘高粱耐盐潜力。【方法】 通过以筛选出的极耐盐品种八叶齐和盐极敏感品种PL212为试验材料,采用盆栽沙培,在播种后20 d（5叶期）采用180 mmol·L ^-1的 NaCl 溶液漫灌模拟盐逆境,盐胁迫48 h后取幼叶,并连同对照（未经过盐处理）的同期幼苗共4个样品提取RNA,进行转录组测序,采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。 【结果】 耐盐和盐敏感材料分别在盐渍和非盐渍处理下的4个样品间共检测到1 338个差异表达基因,包括819个上调基因和519个下调基因。聚类分析发现在应答盐渍胁迫逆境时,5个依赖性氧合酶超家族蛋白、4个富含半胱氨酸的激酶、3个谷胱甘肽S-转移酶和3个重金属运输/解毒超家族蛋白相关基因表现出明显的上调表达和下调表达,还发现1个K ⁺转运蛋白基因在耐盐调节中起着重要作用。GO分析发现在15 418个基因中获得4 528个有效GO注释条目,同时耐盐和盐敏感材料在遭受盐逆境时的生物过程、细胞组分和分子功能3个方面均存在较大差异。生物过程中代谢过程、细胞过程耐盐材料明显高于盐敏感材料,耐盐材料的生理过程中较盐敏感材料增加了多生物过程和定位这两个过程,很可能与耐盐材料盐抗性较强密切相关。差异基因KEGG分析结果显示耐盐和盐敏感材料在对照和盐渍胁迫条件下的苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径中差异基因表达较多,可能是造成耐盐和盐敏感材料耐盐性差异较大的重要原因。 【结论】 高粱耐盐调控基因表达涉及生物过程、细胞组分和分子功能多个方面,生物过程和定位这两个过程是提高高粱耐盐性的关键;苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径的基因表达很可能是造成盐害的重要原因。     

利用cDNA-AFLP技术鉴定菊花品种‘紫荷’的抗白锈病相关基因

【目的】筛选菊花中抗白锈病相关基因,研究菊花抗白锈病的分子机理。【方法】以菊花中对白锈病完全免疫的品种‘紫荷’为供试材料,对其叶片喷施106个白锈病冬孢子/mL蒸馏水,处理时间梯度为0 h、3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h、96 h,使用cDNA-AFLP技术分析这一接种过程中的差异表达基因,并采用RT-PCR方法对表达结果进行验证。利用RACE技术克隆其中重要蛋白基因的cDNA全长,采用MEGA 4.0程序进行序列分析。【结果】利用76对引物组合,共筛选出了约4 950条差异表达的cDNA片段,对其中80个表达差异显著的片段进行测序,最终得到51个差异片段的核苷酸序列。Blastx同源性比对发现,其中18个序列与已报道的抗病基因具较高同源性,其功能涉及到抗病、信号转导、光合作用和光呼吸、反转录转座子以及植物基础代谢。RT-PCR验证结果表明,利用cDNA-AFLP技术获得了稳定表达的序列;使用RACE技术获得了其中两个编码植物14-3-3蛋白的基因：CmGFR01、CmGFR02的cDNA全长序列分别为1 062 bp和1 098 bp,分别编码含260和271个氨基酸残基的开放阅读框。对序列进行分析发现,CmGFR01、CmGFR02属于高等植物中一类新的14-3-3基因亚家族。【结论】构建了菊花品种‘紫荷’在白锈病胁迫下的基因表达谱,从基因组水平上识别了一批与抗白锈病相关的基因,这些基因有助于解析植物抗白锈病的分子机理。分离得到的CmGFR01、CmGFR02可用于栽培菊花抗白锈病的分子育种。