基于锦绣杜鹃花蕾转录组的SSR标记开发及应用

[目的]探究锦绣杜鹃(Rhododendron pulchrum Planch.) EST-SSR的类型、分布频率和分布特征,开发有效的SSR标记,并验证其在遗传多样性研究和跨物种转移中的应用潜力。[方法]采用RNA-seq技术对锦绣杜鹃‘紫鹤’品种的花蕾进行转录组测序,MISA软件对组装的unigenes内部的SSR位点进行检索,分析其类型、分布频率。利用Primer 3.0软件设计引物,并对锦绣杜鹃群体和其近缘种映山红群体进行多样性检测,利用POPGENE-PC 2.2软件计算等位基因数、有效等位基因数、多态性位点百分率、Shannon’s信息指数、Nei氏多样性指数、观察杂合度、期望杂合度等参数。[结果]锦绣杜鹃‘紫鹤’花蕾转录组共有49 527个unigenes(43 766 249 bp),从中筛选出16 120个SSR位点(24.46%),发生频率为1·(2.7 kb)~(-1)。微卫星的重复次数主要集中在5～24次之间,二核苷酸发生频率最高(9 624个,59.70%),其次是单核苷酸(3 738个,23.19%),频率最低的为五核苷酸(42个,0.26%)。频率最高的重复基序有A/T、AG/CT、AAG/CTT、AGG/CCT、ACC/GGT、AGC/GCT、AAAG/CTTT、AAGAG/CTCTT、AGAGGG/CCCTCT等。选用13个多态性SSR标记对锦绣杜鹃群体进行PCR扩增,共得到71个等位基因,平均每个位点3～9个;有效等位基因数在各SSR位点之间变化范围为1.684～5.930;观察杂合度H_O和期望杂合度H_E的变化范围分别为0.000～1.000和0.433～0.848,平均值分别为0.696±0.426和0.705±0.129;Shannon’s信息指数I和Nei氏多样性指数h的变化范围分别为0.736～1.961和0.406～0.831,平均值分别为1.376±0.339和0.683±0.131。此13个标记在映山红群体中的跨物种扩增成功率为100%,并反映出丰富的遗传多样性。2个群体间的遗传差异93.4%存在于群体内部。[结论]基于AG/CT重复基序开发的13个SSR标记具有高度的多态性,为后续杜鹃花属植物的遗传多样性研究、遗传图谱构建、基因定位、分子标记辅助育种等研究奠定了基础。大别山野生映山红资源具有较高的遗传多样性,且杂合度过剩,遗传变异主要发生在群体内部。     

基于盐胁迫转录组信息的蚕豆F-box基因家族分析

【目的】通过生物信息学方法分析蚕豆F-box基因家族成员的分布、结构及进化,研究家族成员在不同处理时间条件下的表达模式及对盐胁迫的响应,为该类基因生物学功能和盐胁迫机制的研究提供参考。【方法】基于蚕豆盐胁迫转录组测序（RNA-seq）数据,利用NR、Swiss-prot和PFAM 3个数据库和NCBI网站,对蚕豆F-box基因进行筛选注释;利用Web Logo 3、Prot Comp 9.0、MEGA-X和MEME等软件进行保守结构域、亚细胞定位、系统进化树和Motif等生物信息学分析。基于盐胁迫转录组数据分析蚕豆（yz17134耐盐和yz17078不耐盐）F-box基因家族在盐胁迫下的差异表达模式,并采用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）检测部分家族成员在16和24 h的表达情况。【结果】基于盐胁迫转录组测序数据,注释得到161个蚕豆F-box基因,均含有F-box保守结构域。根据C端结构域的不同,将其分成11个亚族：FBX、FBXFBA、FBXLRR、FBXPP2、FBXKelch、FBXTUB、FBXFBD、FBXDUF、FBXACTIN、FBXWD40和FBO。保守结构域分析表明,F-box保守基序中包含1个极度保守的色氨酸残基。比较分析蚕豆F-box家族和拟南芥F-box家族共同构建的进化树,发现同一C端结构域的基因大多聚集在一起。亚细胞定位预测结果显示,124个F-box基因定位于细胞外,37个定位于细胞核中。基因结构分析表明,蚕豆F-box家族基因的DNA序列中均无内含子,且均由UTR区和CDS区组成。基于盐胁迫转录组数据的F-box差异表达模式分析表明,蚕豆F-box基因在2个不同处理时间点上的表达各不相同,在盐处理16 h的表达较为明显。qRT-PCR分析结果表明,在F-box家族成员中,共存在5个差异基因。其中Vf056266.1、Vf062764.1和Vf024236.1在盐处理16 h的表达量均上调,Vf060904.1和Vf045761.1在盐处理16 h的表达量均下调。【结论】蚕豆F-box基因家族注释得到161个蚕豆F-box基因,分为11个亚族。其中5个重要的F-box基因在不同盐处理时间的表达量存在差异。     

基于RNA-seq技术筛选山羊卵泡发育相关下调基因

【目的】对山羊优势卵泡(DF)和从属卵泡(SF)颗粒细胞进行高通量测序,筛选并研究与山羊卵泡发育相关的下调基因。【方法】以1岁龄贵州白山羊为供试对象,在其发情3 d后,采集第一卵泡波中的优势卵泡(DF)和从属卵泡(SF),分别分离其颗粒细胞,提取RNA并进行文库构建、Illumina测序,将获得的序列与山羊的RefSeq数据库进行比对后,用DESeq2软件对获得的RNA进行差异表达分析,并对表达下调的基因进行GO分析和KEGG信号通路分析,最后通过Real-time PCR对筛选出的表达下调基因进行验证。【结果】将测序结果与山羊的RefSeq数据库比对后,共获得了33 896个基因。经DESeq2软件对获得的mRNA进行差异表达分析,共获得695个差异表达m-RNA,其中462个表达显著下调,233个表达则显著上调;对462个表达下调基因进行GO分析,共分为2大类39组,其中参与生物学过程(BP)的基因占48.7%;与细胞组分(CC)有关的基因占51.3%。KEGG信号通路分析发现20条通路,其中参与癌症通路基因富集最为显著。从下调基因中筛选出6个可能会抑制山羊卵泡发育的基因,分别为PTX3、LDLR、RGN、NID1、PDLIM5、PRLR。Real-time PCR结果显示,RGN、NID1、PDLIM5、PRLR在SF与DF中的表达趋势与高通量测序结果一致,且RGN在SF颗粒细胞中的表达量极显著高于DF(P0.01),NID1、PDLIM5在SF颗粒细胞中的表达量显著高于DF(P0.05);PTX3、LDLR在SF与DF中表达量与高通量测序结果相反。【结论】获得的6个表达下调基因在山羊卵泡发育过程中可能会抑制卵泡的发育,最终导致卵泡闭锁。     

河流型水牛TGF-β基因家族鉴定及其胚胎发育早期的表达分析

本研究旨在鉴定河流型水牛中转化生长因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β）基因家族成员，分析该家族成员在胚胎发育早期的表达情况，并讨论其可能的作用。根据人类中已鉴定的TGF-β基因家族信息，通过BLASTP在河流型水牛全基因组层面鉴定TGF-β家族成员，同时对牛、山羊和小鼠的TGF-β家族信息进行鉴定，结合5个物种中的TGF-β基因家族信息构建系统进化树。根据河流型水牛胚胎发育早期4个阶段（2-细胞、8-细胞、桑椹胚和囊胚期）的RNA-seq数据分析，通过FPKM（Fragment of Per Kilobase of exon model per Million mapped reads）值计算TGF-β家族成员的表达情况。结果显示，根据人类中的33个TGF-β基因，分别在河流型水牛、牛、山羊和小鼠的基因组中鉴定出32、23、32和26个TGF-β基因，几个物种中TGF-β基因家族成员数量相近且在系统进化树中分布均匀，说明该家族在各个物种中具有分布和功能的保守性。在河流型水牛的32个TGF-β基因中，21个TGF-β基因家族成员在胚胎发育早期不表达或极低剂量表达，6个分化抑制因子低剂量表达，5个高表达的TGF-β基因均有报道过与繁殖过程相关，说明在河流型水牛的胚胎发育早期只有部分成员（5/32）参与其中行使功能，绝大多数的TGF-β基因（27/32）并没有参与其中。本研究结果为河流型水牛中TGF-β基因家族研究提供了数据基础，并为TGF-β基因家族在胚胎发育早期的功能研究提供了理论依据。     

稻瘟病菌类LxAR家族基因的预测及表达分析

在侵染水稻过程中,稻瘟病菌分泌一系列效应因子来抑制寄主免疫系统。无毒效应因子AVR Pii和AvrPiz-t的氨基酸序列含有类LxAR基序,基于此,本研究利用生物信息学技术,从稻瘟病菌基因组中筛选获得了99个含有类LxAR基序的假定效应因子(MoLLEs)。该家族蛋白都为小分子蛋白(70~300 aa),富含半胱氨酸氨基,绝大多数为未知功能的蛋白。24个蛋白含已知的功能域,可能涉及了多种生命过程,其中有9个蛋白编码植物细胞壁降解酶。通过表达模式分析发现,MoLLEs家族基因成员的表达受到饥饿胁迫、附着胞生长发育以及侵染水稻等过程的诱导,此外一部分基因受到附着胞发育关键基因PMK1调控。基因表达交叉分析表明,部分基因同时在附着胞发育和致病过程中上调表达。在与水稻的相互作用中,MoLLEs在稻瘟病菌侵染不同阶段均有上调表达,并且部分基因受亲和或非亲和反应特异性诱导。      

鸭瘟病毒感染鸭十二指肠黏膜炎症相关基因及调控通路的筛选

试验旨在分析鸭瘟病毒（duck plague virus，DPV）感染樱桃谷鸭后十二指肠黏膜转录组水平的变化，筛选出DPV感染后参与炎症的相关基因和调控通路。DEV-GZ株经腿部肌肉接种35日龄鸭后，于接种后24、48和72 h采集鸭十二指肠黏膜组织样本，提取总RNA进行转录组测序，对数据进行质控与注释，筛选与炎症相关的差异表达基因及调控通路，并应用实时荧光定量PCR对部分差异表达基因进行验证。结果显示，对照组与试验组总计得到21.39 Gb的Clean Bases，测序样本有效序列占原始序列的99%以上，映射率高于83%。鸭接毒DPV后24 h十二指肠黏膜的差异表达基因有221个，参与炎症相关生物学过程的有3个，均为下调基因；接毒DPV后48 h差异表达基因有499个，参与炎症相关生物学过程的有17个，均为下调基因；接毒DPV后72 h差异表达基因有798个，参与炎症相关生物学过程的有20个，其中上调基因13个、下调基因7个。GO数据库分析显示，参与炎症相关的差异表达基因主要是CCR8、CCL19、CCL4、IL-17、IRF1、IFN-γ、SLC11A1等，涉及急性炎症反应、趋化因子受体活性、急性期反应、炎症反应和炎症反应的正调节等生物学过程。KEGG数据库分析显示，差异表达炎症相关基因主要富集在Toll样受体信号通路、NF-κB信号通路、IL-17信号通路、TNF信号通路和炎症性肠病等；实时荧光定量PCR结果显示，IFN-γ和MALT基因的相对表达倍数与转录组结果基本一致。本试验完成了DPV感染樱桃谷鸭十二指肠的转录组测序分析，获取了差异表达基因的功能注释信息，初步揭示了参与DPV感染的炎症相关通路，为深入探究DPV的致病机制提供了理论参考。     

静脉滴注心房利钠肽对阿勒泰羊血液脂代谢激素的影响及尾脂转录组分析

旨在研究静脉滴注心房利钠肽（ANP）对绵羊血液中脂代谢激素及尾脂转录组的影响，为阐明ANP在调节绵羊脂代谢中的作用机理提供参考。本试验选取体重为（45.6±6.5） kg、健康状况良好、1.5岁阿勒泰母羊8只，试验采用自身对照设计，对照期颈静脉滴注100 mL生理盐水45 min；试验期以1.125 μg·kg^-1 BW颈静脉滴注100 mL ANP生理盐水溶液45 min，连续静脉滴注ANP 4 d，各期均在试验结束当天（即第4天）滴注开始后0、15、30、45、60、90和120 min采集血液，分离血浆，测定ANP、脂联素、胰岛素、瘦素和环鸟苷酸水平；每期采集尾脂，进行转录组测序及生物学信息分析，并采用实时荧光定量PCR技术检测候选基因相对表达量的变化。结果显示：1）静脉滴注ANP后，较对照期，试验期血浆ANP含量在30、90 min时显著增加（P<0.05）；血浆脂联素含量在30 min时显著增加（P<0.05），在90 min时极显著增加（P<0.01）；cGMP含量在30、90 min时极显著增加（P<0.01），在45、60 min时显著增加（P<0.05）；胰岛素含量在0、30、120 min时极显著增加（P<0.01），在15、45、60、90 min时显著增加（P<0.05）；瘦素含量在0、15 min时显著增加（P<0.05），在30 min时极显著增加（P<0.01）。2）转录组分析表明，共3 686个差异表达基因，其中1 482个基因上调表达、2 204个基因下调表达；GO功能富集分析显示，差异基因显著富集到118个生物学功能，主要与线粒体呼吸链和氧化磷酸化有关；KEGG通路分析表明，差异基因显著富集到46条通路中，主要参与核糖体、产热、氧化磷酸化和调节脂肪细胞中的脂肪分解等信号通路；qRT-PCR分析结果表明，AQP7、FABP4、PLIN5、ADIPOR2、MGLL、IDE和ACSL1表达趋势与RNA-seq结果一致。由此可见，外源ANP通过改变脂代谢相关激素水平及增加绵羊脂肪组织氧化磷酸化和产热促进脂肪分解。     

基于链特异性RNA-seq的禾谷镰刀菌全生活史转录组分析

为明确植物病原真菌禾谷镰刀菌Fusarium graminearum全生活史的转录组特征和基因表达模式,采用生物信息学技术对其生活史不同阶段15个时期或组织的链特异性RNA-seq数据进行分析。结果表明,共有8 106个基因在所有时期均有表达,为禾谷镰刀菌生活史核心基因,占总基因数的47.2%;有性生殖和侵染过程中表达的基因数相对较多,其中有性生殖后期表达的基因数最多,达15 221个;无性产孢和侵染小麦穗过程中基因表达水平整体较高,而分生孢子中基因表达水平最低。在燕麦培养基上禾谷镰刀菌气生菌丝的基因表达模式与侵染过程中的基因表达模式较为相似,而与营养生长菌丝的基因表达模式差异较大。该菌次生代谢物合成特征酶基因和分泌蛋白基因的表达模式均分成3类,即分别在侵染、营养生长和有性生殖过程上调表达,暗示其在生活史不同阶段的特异性功能。