PEG模拟干旱胁迫下野生大豆转录组分析

为研究耐旱型野生大豆在干旱胁迫下基因表达谱的变化,从备选野生大豆材料中筛选抗旱性强的野生大豆品种,同时探讨最适PEG胁迫浓度,而后以野生大豆永46为试验材料,利用RNA-seq技术对20%PEG6000处理不同时间的叶片进行基因表达谱差异分析。结果显示:获得39 183个序列信息,其中各时期共有序列27 875个。随干旱胁迫时间延长,差异表达基因数量发生变化,胁迫12 h达到最多。根据GO功能分析可将序列大致分为分子功能、细胞成分和生物学过程三大类,其差异表达基因广泛涉及糖、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子代谢、能量代谢以及次生代谢过程。在KEGG数据库中,依据代谢途径可将其定位在127个分支,包括植物-病原体互作、植物激素信号转导、RNA降解、ABC转运蛋白等,其中植物激素信号转导途径在不同时间处理下的变化都显著。转录因子分析发现在干旱胁迫下变化明显的转录因子家族包括MYB、bHLH、AP2\EREBP、WRKY和NAC等。对4个不同功能基因干旱胁迫后不同时间的表达量进行荧光定量分析,其变化趋势与转录组数据相同。     

大麦根系响应湿害胁迫的转录组分析

湿害是影响大麦产量和品质的主要非生物胁迫之一。为进一步明确大麦响应湿害胁迫的应答机理,本研究以耐湿大麦品种泰兴9425为材料,利用高通量转录组测序(RNA-seq)技术,比较不同湿害胁迫时间下的基因表达差异。结果表明,湿害胁迫12 h后获得1 436个差异表达基因,而胁迫48 h后获得2 090个差异表达基因,其中共同上调表达基因286个。GO富集分析发现,涉及代谢过程、细胞膜、催化活性等的差异表达基因占比最多。KEGG富集分析发现,差异表达基因主要富集于糖酵解、类黄酮生物合成、乙烯合成等代谢通路。对7个耐湿相关的候选基因进行qRT-PCR分析,发现差异表达基因的表达量变化趋势与RNA-seq结果一致。     

干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

热胁迫下水仙花叶片的转录组分析

为研究水仙响应高温胁迫过程中相关基因的表达及响应热应激的分子机制,本研究以漳州水仙花为材料,使用BGISEQ-500测序技术,对高温（30、35 ℃）处理及正常生长条件（15 ℃）的水仙叶片进行转录组学的测序分析。使用Trinity软件对15（对照）、30、35 ℃（高温胁迫）处理24 h的水仙叶片测序数据进行从头组装,利用BLAST软件进行基因比对注释,通过DEGseq和PossionDis检测差异表达基因,并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。结果表明：本次水仙花叶片测序共获得112 160条总长度为128 733 815 bp、平均长度为1147 bp的Unigene,其N50以及GC含量分别为1770 bp和42.33%。Nr比对注释匹配度最高的物种为石刁柏,利用KOG数据库进行比对,5560条Unigene序列分布于25个功能区域。差异表达基因GO富集显示与光合系统及膜系统相关的GO term被显著富集,KEGG分析显示次生代谢物的生物合成、苯丙烷类生物合成、代谢途径、光合作用、糖胺聚糖降解、乙醛酸和二羧酸代谢、光合作用-天线蛋白、单萜类生物合成等8条代谢途径在3个比较组中均显著性富集,硫胺素代谢途径是唯一在高温胁迫条件下均显著富集的代谢途径。本研究注释了大量相关基因序列,通过本研究为改善水仙花植物的耐热性及耐热性品种的培育提供了丰富的数据资源和分子基础。     

水稻幼穗响应稻曲病菌毒素胁迫早期的转录组分析

【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病不仅造成水稻减产,而且还会产生对动物和植物有毒的真菌毒素。探明水稻幼穗对稻曲病菌毒素胁迫响应的分子机制,可为发掘水稻抗稻曲病基因以及抗病分子育种开辟新的思路。【方法】用稻曲病菌毒素处理水稻幼穗,采用转录组测序技术对水稻幼穗进行转录组测序,以水稻9311基因组作为参考基因组进行对比,利用TPM法计算基因表达量,设定参数（差异倍数的绝对值不小于2,且q值不大于0.05）筛选差异表达基因。结合基因差异表达分析、富集功能分析,鉴定水稻响应胁迫的关键基因,并利用实时荧光定量PCR技术对差异表达基因进行验证。【结果】在稻曲病菌毒素胁迫12 h后,水稻幼穗出现2526个差异表达基因（DEG）;通过GO富集、KEGG代谢途经和KOG功能分析,将差异基因划分为GO功能下的64个条目、32个代谢途径和KOG功能下23个类别,包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等生物学过程。DEG中有66个植物转录因子,分属7种植物转录因子家族,包括WRKY和Myb两大转录因子。分析二萜类生物合成与淀粉和蔗糖代谢途径相关基因发现,OsCPS2、OsKSL4和细胞色素P450等基因表达量上调,而淀粉酶、β-呋喃果糖苷酶和UDP-焦磷酸化酶等基因表达量下调,推测这些基因在水稻响应稻曲病菌毒素胁迫时发挥重要的作用。【结论】稻曲病菌毒素作为非生物胁迫因素对水稻幼穗具有毒性;通过干扰淀粉和蔗糖代谢等途径而影响种子营养物质的合成,降低水稻抵抗病原菌侵染水稻的能力。     

耐低钾大豆品种筛选及低钾胁迫下Lee 68的差异表达基因分析

为了从分子水平上研究大豆幼苗对低钾胁迫的耐性机理,本研究首先依据生物量指标从25份大豆材料中筛选出耐低钾品种Lee 68,并对低钾胁迫下大豆Lee 68幼苗进行转录组测序和分析。通过对转录组Solexa/Illumina高通量测序数据的分析,共得到160 211 759个reads,将获得的数据与大豆Williams 82基因组序列比对,比对率达到92.83%以上。比较组LK_VS_CK中差异表达基因为3 521个,其中下调和上调基因分别为2 393和1 128个。GO功能聚类分析显示LK_VS_CK比较组的差异表达基因主要富集于植物的代谢过程、胁迫响应及信号转导;KEGG pathway分析中,LK_VS_CK比较组有390个差异表达基因显著富集在19个pathway途径中,其中富集最为显著的是代谢途径,包括氨基酸代谢、脂肪酸和类脂代谢以及碳水化合物代谢等;COG分类统计结果表明LK_VS_CK比较组除649个差异表达基因具有一般性功能之外,377个基因被划分到转录因子功能类,343个基因被划分到信号转导机制功能中。结合差异表达基因的功能分析及茉莉酸信号转导调控机制,筛选到了茉莉酸信号途径上可能参与钾离子吸收转运过程的8个关键候选基因,分别是Glyma09g08290、Glyma09g33730、Glyma03g32890、Glyma04g39010、Glyma 08g09720、Glyma12g36310、Glyma16g32821、Glyma19g45260。研究结果对深入研究大豆钾胁迫下与钾离子高效吸收相关基因的调控及克隆研究具有重要的参考价值。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

野生大豆胁迫应答LRR类受体蛋白激酶基因的克隆及其表达特性分析

从前期构建的野生大豆在高盐、低温、干旱早期的基因表达谱中,选取了在4℃胁迫早期(1 h)上调表达的LRR-RLK的EST,通过SMART和RACE结合的方法获得了GsLRPK的全长序列:该基因全长2 264 bp,共编码714个氨基酸。生物信息学分析表明其氮端含有1个LRR N-terminal domain及串联排列的LRR-Motif;碳端含有丝/苏氨酸蛋白激酶催化结构域的11个亚基。此外,GsLRPK蛋白氮端22个氨基酸为可能的信号肽序列,并且存在1个跨膜结构域,很可能定位于细胞质膜或细胞器膜。半定量PCR分析显示该基因可受干旱、ABA、4℃低温及高盐胁迫的诱导,可能作为一个"关键节点"在胁迫信号传导通路中发挥重要作用。     

花后高温胁迫下匀播春小麦旗叶的转录组分析

为研究不同播种模式下花后高温胁迫对春小麦旗叶转录组的影响,以宁春50号为试验材料,采用人工模拟高温的方法,设条播和匀播两种播种方式,灌水施肥方式均为水肥一体化,对高温处理后的春小麦旗叶分别构建转录组测序文库,采用FPKM法计算基因的相对表达量,并对差异表达基因进行KEGG通路分析。结果表明,相较于常温处理,高温胁迫下条播和匀播滴灌处理分别有199和1 819个基因上调表达,55和1 335个基因下调表达,说明高温胁迫下匀播滴灌处理对春小麦旗叶转录组的表达影响明显。KEGG通路富集分析结果显示,高温胁迫下与条播滴灌处理对比,匀播滴灌处理的春小麦光合作用-天线蛋白通路注释到的差异表达基因最多,有52个,其次为淀粉和蔗糖通路(注释到50个差异表达基因);而常温条件下与条播滴灌处理对比,匀播滴灌处理的春小麦淀粉和蔗糖代谢通路注释到的差异表达基因最多,有49个,其次为光合作用-天线蛋白通路(注释到41个差异表达基因)。因此,高温胁迫下匀播滴灌技术可以更好地改善植物的光合系统,有效缓解高温引起的小麦植株早衰。     

野生一粒小麦根干旱响应蛋白的筛选与鉴定

为解析野生一粒小麦根响应干旱胁迫的调控网络,用20%(w/v)PEG6000处理两叶一心期野生一粒小麦,通过对小麦根蛋白质的分离和鉴定,分析了干旱胁迫下野生一粒小麦根中的蛋白质变化。结果共分离、鉴定得到85个表达差异倍数在1.5以上的蛋白质。这些差异蛋白主要涉及碳代谢(27%)、氨基酸代谢(15%)、解毒与防御(11%)、分子伴侣(8%)、能量代谢(8%)、信号传导(6%)、蛋白质代谢(5%)、脂代谢(4%)、转录与翻译(4%)、核苷酸代谢(2%)以及骨架蛋白(1%)。对这些表达差异蛋白进行进一步的功能分析,发现大部分信号传导相关蛋白上调表达;碳代谢途径中的糖酵解相关蛋白下调表达,而磷酸戊糖途径相关蛋白上调表达。同时下调表达的还包括蛋白质代谢相关蛋白。大部分氨基酸代谢相关蛋白质下调表达,但是谷氨酸脱羧酶及甲硫氨酸合酶含量上升。结果表明,干旱胁迫增强了野生一粒小麦根中信号传导与磷酸戊糖途径代谢,促进了谷氨酸与甲硫氨酸的生物合成,降低了糖酵解与蛋白质代谢等过程。研究结果丰富了野生一粒小麦根响应干旱胁迫机制信息。     

西藏青稞品种喜玛拉雅10号干旱胁迫的SSH文库构建及干旱诱导表达基因分析

为了研究西藏青稞抗旱的分子机制,以西藏耐旱青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum HK.f.)品种喜玛拉雅10号为材料,利用抑制性差减杂交技术(SSH)构建青稞苗期叶片干旱胁迫诱导基因表达的正向差减文库。挑取600个阳性克隆进行PCR验证,并对验证后的单克隆进行测序分析,共获得420个有效序列。去除冗余序列和嵌合序列后,获得220条高质量EST序列,其中183条singlets,37条contigs。BlastN分析表明,其中189个EST序列可以在GenBank的unigene中找到同源序列,31个未能找到unigene同源序列;BlastX分析表明,62个EST序列unigene与未知功能蛋白或假定蛋白有较高的相似性;158条EST序列与已知功能蛋白有较高的同源性。获得的EST序列多数不仅与植物的非生物胁迫相关,也与植物的生物胁迫反应相关,说明植物在胁迫反应中有明显的共同机制。其中与大麦表达序列高度同源的EST占58%;这些基因涉及参与信号转导和转录调节的基因(11.96%),编码保护、防御和胁迫耐受蛋白的基因(9.78%),跨膜转运相关基因(5.43%),光合作用基因(6.52%),参与结构和功能代谢合成途径中的一些酶(30.43%)等代谢过程。实验结果表明,青稞在干旱复水条件下可诱导一系列特异基因的表达,如参与抗旱反应相关酶和蛋白基因锌指蛋白、衰老相关蛋白、CAS、细胞色素P450、热激蛋白、胁迫诱导蛋白,以及LEA蛋白、脱水蛋白、P5CS等保护蛋白基因。用KOBAS系统将56个EST定位到32个Pathways中,初步分析发现,谷氨酸盐代谢途径(Glutamate metabolism)、精氨酸和脯氨酸代谢途径(Arginine and proline metabolism)、泛素蛋白介导的蛋白质水解代谢(Ubiquitin mediated proteolysis)途径可能与青稞抗旱相关性较大。     

大豆胞囊线虫侵染诱导五寨黑豆早期的转录组分析

利用Illumina Hi SeqTM2000对大豆胞囊线虫侵染前后的抗病大豆品种五寨黑豆的转录组进行检测。将测序的两个文库进行拼接,得到长度大于200bp的reads共20 980 831条,总长度约为4.23Gb,筛选到1 045个差异表达基因。Gene ontology功能显著性富集发现差异表达基因在生物过程注释基因最多,共有1 007个差异表达基因。在COG数据库中对基因产物进行直系同源分类,结果表明众多基因参与到碳水化合物及氨基酸的运输和代谢、次生代谢物质合成及信号传导机制过程,并受胞囊线虫侵染的诱导表达。KEGG代谢通路分析显示差异表达基因在苯丙烷类及氧化磷酸化代谢通路显著富集,说明这两个代谢通路在五寨黑豆抗胞囊线虫病中起重要作用。     

花生蛋白突变体籽粒不同发育时期转录组分析

花生是优质的食用蛋白资源,在食品工业中有广泛的应用。本研究通过对潍花8号进行EMS诱变获得蛋白质含量显著增加的突变体,并对潍花8号突变体及其野生型开花后20天、40天和60天的籽粒分别进行转录组测序,构建野生型（P05-20、P05-40、P05-60）和突变体（P06-20、P06-40、P06-60）样品文库。将野生型与突变体3个不同发育时期测序结果进行比对,分别获得2936、3329、2849个差异表达基因,上调的差异表达基因为1599、2471、707个,下调的差异表达基因为1337、858、2142个。对差异基因进行KEGG富集分析,分别得到26、23、31条具有显著差异的代谢通路,其中与蛋白质合成相关的通路有糖酵解/糖异生、脂肪酸生物合成、丙酮酸代谢,并在其中筛选到15个与蛋白质合成相关的候选基因。该转录组测序结果有利于揭示花生籽仁中蛋白质合成调控的相关基因,为更好地理解油料作物蛋白质合成机制提供了理论依据。     

干旱胁迫下小麦幼苗基因表达谱的cDNA AFLP分析

为了分离和识别小麦抗旱相关基因,给小麦抗旱节水育种提供依据,以既抗旱又具备高水分利用效率的新疆春小麦主栽品种新春6号为材料,采用cDNA-AFLP技术,分析了小麦在两叶一心期干旱胁迫条件下的诱导表达基因。通过253对引物组合的筛选,共得到748个干旱胁迫特异上调表达的转录衍生片段(TDF)。对其中22条片段进行克隆、测序、Blastx比对和功能分类分析的结果表明,有18个TDFs所推导的蛋白质序列与NCBI已有序列同源,功能涉及逆境胁迫反应、发育、信号转导、抗病蛋白、跨膜转运、能量代谢等方面;有4个TDFs在NCBI找到同源序列,但功能未知。     

利用转录组测序对不同贮藏温度处理玉米种子的苗期差异表达基因分析

利用常温与低温贮藏3个月的玉米杂交种种子进行标准发芽试验,取发芽7 d玉米幼苗进行转录组测序分析,通过GO、KOG、KEGG数据库分析处理差异表达基因的功能和参与的调控路径。以常温贮藏处理为参考,对转录组测序数据进行比较,低温贮藏处理共获得35个差异表达基因,其中上调基因28个、下调基因7个。在GO功能注释分析中,有26个差异基因被注释,可为分为18个功能分类。KOG功能注释分析发现,这些差异表达基因共获得19个功能注释,涉及到8个功能类别。KEGG通路分析发现,共有23个差异表达基因注释到13个代谢通路中,其中,谷胱甘肽代谢、抗坏血酸和肌醇代谢、甘油磷脂代谢等通路显著富集。低温贮藏处理玉米种子活力指数显著高于常温贮藏处理。通过两个处理转录组分析,RNA-seq数据揭示,谷胱甘肽、抗坏血酸和肌醇、甘油磷脂等中涉及的基因优先表达于低温贮藏处理中,表明LTS可以促进谷胱甘肽代谢,从而提高植物抗氧化性,同时可以提高玉米抗逆性。     

红心火龙果不同发育时期果肉呈色相关基因表达模式研究

火龙果属于仙人掌科量天尺属,是具有重要经济和营养价值的热带水果之一,其果实富含花青素和甜菜红素。在果实成熟后期甜菜红素的大量积累引起红心火龙果果实转色的现象。果肉色泽是评价火龙果果实品质的重要指标之一,然而其果实转色背后的基因表达调控模式并不清晰。深入研究火龙果果实发育过程中果肉颜色调控的分子机理有助于丰富火龙果品质形成的理论基础。本研究以‘美红一号’红心火龙果为实验材料,采集果实发育过程中9个不同时期的样品,通过比较转录组学共识别了96种差异表达的基因,最后分析发现15个与色素代谢通路相关的基因在果实发育不同阶段显著差异表达。GO功能富集分析发现差异表达基因主要富集在与结合活性、催化活性、转运活性和结构分子活性相关的功能分类上,且与色素代谢都有重要联系;KEGG代谢途径富集结果显示,次生代谢物合成途径、氨基酸和核酸代谢途径、酪氨酸代谢途径富集基因较多。利用实时荧光定量PCR技术对15个与色素相关的差异表达基因进行了验证,其结果与转录组分析结果一致。生理分析和转录组分析结果表明,红皮红肉火龙果发育过程中伴随大量甜菜色素的合成,且甜菜色素合成途径中DODA基因逐渐上调,在果实转色其中在P4时期明显的上升趋势,其它关键基因表达逐渐下调。本研究发掘火龙果中与果实转色相关的相关基因,为后续火龙果遗传改良提供了重要的目标基因和遗传基础。     

野生蕉不同颜色果皮miRNA表达谱及靶基因分析

本文以闽侯野生蕉（阿宽蕉,Musa itinerans）果皮为研究对象,对不同颜色（绿色和紫色）果皮进行转录组测序,旨在探讨miRNA在野生蕉不同颜色果皮转录后水平中发挥的作用及其可能参与的调控通路,为芭蕉属植物果皮颜色分子调控机制的研究奠定基础。取野生蕉同一果梳上不同颜色（紫色和绿色）的果皮为材料,利用高通量测序和生物信息学分析,获得野生蕉不同颜色果皮组织的miRNA表达谱,筛选不同颜色果皮差异表达的miRNA并预测相关靶基因,通过靶基因分析,获得与调控野生蕉果皮颜色可能相关的信号通路。结果从不同颜色野生蕉果皮中共获得34.11兆条原始读长,经过滤后得到28.73兆条clean reads,从中鉴定出132个已知的miRNA序列和122个新的miRNA;筛选出36个差异表达miRNA,其中10个在紫色果皮中上调表达,26个在绿色果皮中上调表达。表达量最高的miRNA为mit-miR167,而差异倍数最大的为mit-miR172a-3p-2。差异表达miRNA共预测出1164个靶基因可能参与野生蕉果皮颜色调控,并主要在DNA结合、离子跨膜运输活动等功能和植物病原互作等途径富集。其中,有7个基因直接与苯丙烷生物合成途径相关,主要受到miR156和miR482家族的调控。同时,选取6个差异表达miRNA进行定量验证,结果表明,3个miRNA在绿色果皮中上调表达,3个miRNA在紫色果皮中上调表达,定量结果与高通量测序的结果一致。本文通过高通量测序获得了野生蕉果皮miRNA表达谱,并通过生物信息学分析得到可能和调控野生蕉果皮颜色性状相关的miRNA和代谢通路。综上所述,野生蕉果皮颜色可能受到多种miRNA的调控,并涉及多个代谢通路,这有助于进一步了解果皮花青素转录后水平的调控过程,并对进一步的功能验证奠定基础。