高粱苗期耐盐性转录组分析和基因挖掘

【目的】探究高粱耐盐胁迫响应机制,挖掘高粱耐盐胁迫基因,为高粱耐盐育种提供理论基础。【方法】 以高粱感盐品种L甜和耐盐品种石红137为供试材料,采用水培试验。待高粱植株长至三叶一心期,使用2%NaCl溶液对幼苗进行盐胁迫,分别设置0（对照）、1和24 h处理,每个处理3次重复。测定不同处理样品株高、根长、干物重、Na ⁺含量和叶绿素相对含量（SPAD值）,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用FPKM方法计算基因表达量,在差异表达基因检测过程中,将差异表达倍数（fold change）≥2且FDR<0.001作为筛选标准。通过Gene Ontology和KEGG Pathway数据库对参与高粱不同时间盐胁迫差异表达基因进行分析注释。 【结果】 盐胁迫处理对高粱株高、根长、干物重等性状无显著影响,对钠离子含量和SPAD值影响显著。石红137株高、根长、钠离子含量和SPAD值均高于L甜。转录组测序结果鉴定得到已知基因26 628个,新基因866个。石红137中的差异基因数目高于L甜。石红137中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为375、4 206和3 750个。感盐品种L甜中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为167、2 534和1 612个。GO分析共获得25个功能注释,分别为光合作用、细胞物质代谢、翻译过程以及激素合成等与盐胁迫相关的差异表达基因。KEGG分析发现盐胁迫1 h表达差异基因富集在植物激素信号转导途径,涉及脱落酸（abscisic acid,ABA）、生长素（auxin,AUX）、细胞分裂素（cytokinin,CTK）、赤霉素（gibberellins,GS）、乙烯（ethylene,ETH）过程等共71个基因。盐胁迫24 h表达差异基因富集于光合作用相关途径,涉及Lhca、Lhcb、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase,PPC）、磷酸核酮糖激酶（phosphorylribonucleic kinase,PRK）等20个基因。类黄酮生物合成代谢途径差异可能是引起石红137和L甜的耐盐能力差异的原因之一,花青素还原酶（anthocyanidin reductase,ANR）和黄酮醇合成酶（flavonol synthase,FLS）参与类黄酮生物合成途径。【结论】 高粱的盐胁迫过程是一个复杂的生物过程,依赖于多个基因在复杂网络中的平衡表达。盐胁迫条件下,高粱应对环境刺激受到激素信号转导和光合作用的控制。类黄酮生物合成途径在耐盐品种中起到了重要作用。     

盐胁迫下不同高粱材料的生理特性分析

通过水培及15g/L NaCl胁迫处理,分别对不同高粱材料ZJK2、河农16和BT×623的发芽势、发芽指数、种子活力指数以及苗期过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性进行测定,探讨盐胁迫下不同高粱材料生理指标的变化,进而筛选出耐盐能力较强的品种.结果表明,盐胁迫条件下,不同高梁材料的发芽势、发芽指数、种子活力指数均受到不同程度影响;苗期的过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均出现不同程度的升高.综合各项指标分析得出3个材料中ZJK2耐盐性最好,河农16次之,BT×623最弱.     

转录组学分析揭示高粱对麦二叉蚜抗性的响应机制

[目的]麦二叉蚜是高粱生产过程中引起蚜害的主要优势种群之一,前期研究发现高粱抗蚜种质PI550607在苗期和成株期均抗麦二叉蚜,本研究通过转录组测序技术研究PI550607抗蚜相关基因的调控机制和代谢通路,为高粱蚜虫防控技术研究与抗蚜品种选育提供理论指导。[方法]以抗蚜品种PI550607为试验材料,室内培养出苗后2周进行人工接蚜,进行对照组0、12 h以及接蚜后12 h采样,提取RNA,进行转录组测序,对测序数据进行生物信息学分析,筛选差异基因,根据差异基因进行基因功能及代谢通路分析。同时,采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。[结果]PI550607对麦二叉蚜表现出较好的抗性。在蚜虫取食12 h后受蚜虫取食诱导的差异表达基因200个,其中上调基因188个,下调基因12个。基因功能注释显示上调表达的基因主要为植物激素代谢途径、苯丙烷类生物合成、类黄酮生物合成、谷胱甘肽代谢相关的基因以及WRKY转录因子,细胞色素P450等基因。GO富集分析显示在188个上调表达基因中有178个基因获得注释,分布于35个注释条目中,其中与植物抗虫相关的过程主要有苯丙烷类生物合成过程、响应生物胁迫以及...     

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。     

基于转录组学的植物响应盐胁迫调控机制研究进展

盐胁迫是限制植物生长和产量的重要环境因子之一.经过长期的进化,植物已形成了一套响应盐胁迫的调控机制.转录组学可以从植物mRNA整体转录水平揭示植物响应盐胁迫的调控机制,对研究植物抗盐、耐盐具有重要意义.本文针对转录组学在植物响应盐胁迫调控机制中的研究,简述了植物体内的信号传导、渗透调节、内源激素合成、光合作用、活性氧清...     

c-GMP诱导对盐胁迫下番茄的转录组分析

以市场常见的番茄为材料,采用Illumina高通量测序技术对NaCl胁迫、c-GMP诱导以及两者组合处理下番茄幼苗进行转录组测序。结果表明:共获得83.35 Gb的原始数据,Q30碱基百分比在90.91%及以上,分别将各样品的原始读数与指定的参考基因组进行序列比对,比对效率从88.03%到92.74%不等。同时将得到的31 734条序列注释到不同的数据库(GO、KEGG、KOG、NR、Pfam、Swiss-Prot和egg NOG),通过GO数据库,将其划分到细胞组分、分子功能以及生物学过程三大注释类别下的51个亚功能组中,通过COG数据库与KEGG数据库将其分别注释到25个类别与128个代谢通路。在NaCl胁迫、c-GMP诱导以及两者组合处理下共发现SNP位点127 944个,其中仅有22.6%的SNP位点位于非编码区。差异基因结果显示,c-GMP能诱导盐胁迫下更多基因的表达。该转录组测序数据可靠,结果覆盖面广,为番茄c-GMP诱导盐胁迫下基因挖掘与功能研究提供了理论依据。     

盐分胁迫对高粱生长与生理特征的影响及耐盐调控机理研究进展

土壤盐渍化严重威胁农业的可持续发展与粮食安全,提高作物的耐盐性开展盐碱地高产栽培至关重要。阐明盐分胁迫影响作物的生理机制是开展作物耐盐生产的基础。高粱(Sorghum bicolor L.)为重要的粮食、饲草和能源作物,具有一定的耐盐能力,在盐碱地的开发利用中应用潜力巨大。综述盐分胁迫对高粱种子萌发过程与萌发生理、根系形态构建与生理活性、植株生长与抗逆生理代谢等的影响,总结种子引发、氮肥运筹、外源生长调节物质等减轻高粱盐分胁迫的调控途径与生理机制,绘制盐分胁迫对高粱生长与生理特征的影响及耐盐调控机理的网络图,并讨论存在的问题及今后的研究重点,以期对高粱等作物的耐盐机理与耐盐调控机制获得新认识,进而为耐盐作物品种的选育和耐盐栽培技术的构建提供参考。     

盐胁迫对不同高粱幼苗生理指标的影响

用浓度为0%、 0.20%、 0.30%、 0.40%的NaCl处理3个高粱品种幼苗,分析其幼苗中丙二醛、游离脯氨酸、可溶性蛋白、叶绿素含量的变化,以研究高粱受盐胁迫下生理指标的影响。结果发现:随着盐浓度的不断增加,丙二醛、游离脯氨酸、可溶性蛋白、叶绿体含量表现为先增加后减少的趋势。不同指标数据表明:绿宝红为高耐盐品种,浓农133为中等耐盐品种,红茅糯2号为盐敏感型品种。     

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。     

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...     

高粱耐盐性研究进展

从盐胁迫对高粱生长的影响、高粱对盐胁迫的生理响应、高粱耐盐性筛选鉴定方法、高粱耐盐性分子生物学研究概况、提高高粱抗盐性的策略5个方面对高粱耐盐性研究进展进行了阐述,并对高粱耐盐性的研究方向进行了展望。     

QTLs for Sugar Content of Stalk in Sweet Sorghum (Sorghum bicolor L.Moench)

High sugar content of sorghum stalk is an important factor in the sorghum silage production. To identify the genomic regions controlling sugar content and to develop molecular markers linked to sugar content in sweet sorghum, we used an Early Folger, and a normal inbred line, N32B, for genetic linkage mapping and quantitative trait locus (QTL) analysis. We constructed a genetic linkage map spanning 983.5 cM based on a total of 327 markers comprising 31 restriction fragment length polymorphism (RFLP) markers, 254 amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers, and 42 simple sequence repeat (SSR) markers. In the 20 linkage groups detected, 98.2% of markers aligned to the 10 linkage groups of sorghum.Variations in sugar content at different growth stages and among internodes suggested that the sugar content of middle internodes is stable and suitable for measuring at early dough stage. The broad sense heritability (hB2) of sugar content was 0.64 and 0.62 estimated from the data of F3 families and each parent in 2003 and 2004. We identified one and two QTLs accounting for 22.2 to 25.0% of phenotypic variance using simple interval mapping method in 2003 and 2004, respectively.These two QTLs showed a negative additive effect, and over-dominance effect. A QTL on LG-D was detected in both two years. Above results will be help us to understand the genetic mechanism of sugar content in sorghum and the QTL detected in this study might be useful in the improvement of sugar content by marker-assisted selection.     

能源甜高粱遗传改良研究进展

甜高粱是最有应用前景的再生能源作物之一,它的能源转换效率取决于植株总生物量和茎秆汁液含糖量的高低。探明决定甜高粱总生物量和茎秆汁液含糖量积累相关过程的生物学机制并开发相应分子标记,是选育生物能专用甜高粱品种的有效途径。该文从甜高粱糖分积累、遗传多样性研究、遗传图谱的构建、含糖量相关性状的定位及遗传工程研究等方面介绍了近年来甜高粱遗传研究进展。     

苏打盐碱胁迫对甜高粱叶片结构及抗性指标的影响

为确定以Na2CO3和NaHCO3为主要成分的苏打盐碱胁迫对甜高粱叶片结构及抗性影响,研究了盐碱胁迫下甜高粱品种314B和M-81E叶片结构与幼苗生理指标的变化。结果表明:针对应试的两个甜高粱品种,苏打盐碱胁迫可极显著减小叶片厚度、中脉厚度和最大导管直径,极显著增加叶片上下角质层及下表皮厚度(P<0.01)。增加叶绿体中淀粉粒和嗜锇滴颗粒数,且发生叶绿体被膜和基质分离现象;使线粒体内膜上嵴数量减少,甚至消失。株高和茎基周长均比对照极显著减小,叶绿体色素极显著增加(P<0.01);叶片质膜相对透性和脯氨酸含量极显著升高,品种间丙二醛含量的变化差异较大。过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性均极显著升高,超氧化物歧化酶(SOD)的活性极显著降低(P<0.01)。比较叶片结构和抗性生理指标变化可知,品种M-81E比314B抗盐碱性强。     

盐胁迫对高粱种子萌发及芽期生长的影响

本研究以60 份高粱品系为材料,对不同高粱品系种子萌发及芽期生长耐盐性进行分析,旨在筛选出高粱芽期耐盐品系,为耐盐高粱新品种及耐盐种质资源的开发利用提供一定的理论依据,最终建立高效、快捷、准确的高粱耐盐性筛选体系。试验表明：150 mmol/L NaCl 胁迫下,60 份高粱亲本材料的萌发、芽期生长指标基本都低于对照,不同品种降低幅度不同。各品种（系）发芽率呈降低趋势。其中TX430.RHMC、晋五/R111-2、SSA-1、470312CD、吉7030-2×JW等材料在盐胁迫条件下萌发指标值均较大而003533 矮、9710B等材料在盐胁迫下的萌发指标表现一般,说明其对盐胁迫较敏感。本试验筛选出一级耐盐品种14个,芽期敏感品种12个。     

基于多重表型的高粱耐盐性综合评价方法

高粱耐盐性因种质、发育时期及生长条件的不同而存在明显差异,因此建立一套全面、客观、准确的高粱耐盐性鉴定方法,对于高粱耐盐种质的筛选和评价具有重要意义。选择64份高粱材料通过室内萌发期耐盐性评定,从中选择36份不同等级材料进行田间苗期耐盐性鉴定,并从中选出13份材料进行室内苗期耐盐性复筛。通过隶属函数值法、主成分分析法、聚类分析法对田间和室内苗期测定的株高、茎粗等形态指标以及超氧化物歧化酶、脯氨酸、丙二醛等生理生化指标的评价,最终确定耐盐材料2份,盐敏感材料2份。建立了一套基于多重表型的耐盐性综合评价方法,即针对高粱不同生育时期(萌发期、苗期)、不同生长条件(田间与室内)采用不同形态指标与生理生化检测指标,并结合多种数据分析方法对不同高粱材料耐盐性进行准确、系统地评价。该方法的建立对于高粱种质资源的耐盐性评价以及高粱耐盐育种具有一定的参考价值。