转录组测序揭示油桐脂肪酸的合成途径

油桐是我国重要的木本油料植物,过去对油桐的研究主要集中于栽培和常规育种,与油桐种仁油脂合成相关的分子机理研究还未见报道。本研究采用转录组测序（RNA-Seq）技术,比较了油桐种子油脂合成3个不同时期的转录组,获得了大量差异表达的Unigene序列。通过GO（GeneOntology）分类和代谢途径富集性分析将这些差异表达的Unigene归类于包含脂肪酸生物合成途径在内的128个代谢途径。随后将脂肪酸生物合成途径中的54个Unigene序列在KEGG（KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes）数据库中进行比对,获得了14个关键酶的同源蛋白质。本研究通过对编码这些同源蛋白质的基因在油桐种子油脂合成期的表达模式进行分析,以期为油桐油脂合成,尤其是桐酸合成机理的解析提供理论参考,并为进一步的理论研究和油桐的遗传改良提供潜在的基因资源,从而提高油桐的单位面积产量。     

油桐种子脂肪酸延长代谢的转录表达与调控机理研究

油桐是我国四大木本油料植物之一,当前对油桐的研究主要集中在栽培选优及低产林改造方面,而对油桐脂肪酸延长代谢的分子机理研究尚未见报道。本研究以油桐果实膨大期、油脂转化初期和油脂转化高峰期的种子为材料,采用高通量RNA测序技术对油桐种子脂肪酸延长代谢的3个不同时期转录组进行比较,以nr、Swiss-Prot、KEGG和COG 4个蛋白数据库为参考,对油桐种子脂肪酸延长代谢进行了综合性分析。研究结果表明,参与油桐种子脂肪酸延长代谢途径的非冗余基因序列共37条,涉及的主要酶功能基因有9种;在果实膨大期、油脂转化初期和油脂转化高峰期中,调控脂肪酸延长代谢途径的基因存在明显的表达差异。综合分析结果绘制了油桐种子脂肪酸延长代谢途径,揭示了调控油桐种子脂肪酸延长代谢过程的基因作用规律。这些研究结果为油脂合成的遗传改良提供了资源和技术基础,同时为油桐分子设计育种提供了一定的科学依据。     

茶树种子发育过程的转录组分析

该研究以‘铁观音’茶树品种的种子为试验材料,采用转录组测序技术分析种子发育的3个时期(幼果期、膨大期、成熟期)的表达差异,探究茶树种子油脂代谢的分子机制。结果表明:(1)经转录组测序、组装后共获得30 940 581个clean reads,经数据合并拼接最终得到36 951条非冗余Unigene序列,其中28 476个Unigene可得到功能注释;在转录本中能够被注释到GO分类的Unigene有11 201条(30.3%),KEGG分析发现共有17 172个基因参与了127个代谢通路。(2)经KEGG通路筛选出14条与脂肪酸代谢相关的通路,且随着茶籽的发育,大部分脂肪酸调控途径相关基因呈下调趋势,其中上调基因数最多的有α-亚麻酸代谢途径和脂肪酸降解途径(有17个基因表达量上调),下调基因数最多的是甘油磷脂代谢途径(有58个基因表达量下调);在茶籽发育幼果期α-亚麻酸代谢途径中表达量上调的基因数超过表达量下调的基因数。(3)研究发现茶籽脂肪酸合成相关的基因涉及14个脂类调控途径,共409条差异基因;随着茶树种子发育到成熟期,上调的差异表达基因数量在减少,下调的差异表达基因数量增加,其中α-亚麻酸途径中的基因PLA2G16、DAD1、pldA、FabF、FabI表达量上调显著,随后表达量下调。(4)qRT-PCR检测结果表明,7个茶树FAD和1个ACP差异表达基因的水平与转录组测序结果基本一致;随着茶籽的发育,基因CsFAD7和Δ6-CsFAD从幼果期、果实膨大期至果实成熟期都为差异下调表达,CsFAD2、CsFAD6和Δ7-CsFAD为差异上调表达,CsFAD8、Δ8-CsFAD和CsACP在幼果期至果实膨大期差异上调表达,在果实膨大期至果实成熟期差异下调表达。     

小桐子甘油-3-磷酸酰基转移酶（JcGPAT）cDNA的克隆与序列分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶是植物生物合成储存油脂过程中的关键酶,对油料作物种子含油量具有重要的限制作用。本研究以植物甘油-3-磷酸酰基转移酶同源基因的保守区域序列为基础,设计简并引物,结合RACE技术,从能源植物小桐子种子中克隆获得JcGPAT基因的cDNA全长序列（GenBank登录号HQ395225）。JcGPAT cDNA核苷酸序列长度为1672bp,开放阅读框为1125bp,编码375个氨基酸。该基因具有明显的GPAT基因结构域,其编码的氨基酸序列与油桐、蓖麻等植物具有很高的同源性。RT-PCR表达分析表明,该基因在小桐子发育的种子、叶、根尖等多个组织表达。     

基于藜麦转录组的脂肪酸生物合成途径解析

藜麦营养丰富,油脂含量高,脂肪酸组成理想,是油脂提取物的潜在资源。植物油脂主要以三酰甘油的形式储存在作物种子和果实等器官中,其合成受到环境和基因水平的调控,涉及质体、内质网和油体等多个细胞器。该文基于藜麦转录组数据,对藜麦油脂合成相关的脂肪酸生物合成途径基因进行挖掘,并对基因表达模式进行分析。结果表明:在藜麦中,与脂肪酸生物合成相关的基因序列共87条,涉及乙酰CoA羧化酶和β-酮脂酰ACP合成酶等关键酶,其中编码长链酰基辅酶A合成酶基因和β-酮脂酰ACP还原酶数目最多。通过基因表达模式分析发现,与脂肪酸生物合成相关的基因在种子表达中呈现整体上调模式,可能与种子中油脂形成和积累密切相关。对藜麦乙酰CoA羧化酶亚基编码基因进行分析发现,accD基因在不同组织间无差异表达,表明在藜麦中accD编码的β-CT亚基可能不是影响乙酰CoA羧化酶发挥作用的限制因子。藜麦KASⅡ含有保守结构域,与其他组织相比,编码基因QcFb15、QcFb45和QcFb75在种子中均存在上调表达,参与藜麦脂肪酸碳链延伸及油脂形成。对藜麦脂肪酸生物合成途径相关基因的挖掘,为藜麦油脂合成和积累的研究提供了理论基础,对高油脂藜麦品种选育等后续研究也具有重要启示作用。     

独行菜种子转录组的高通量测序及分析

独行菜种子为我国传统常用中药,从中已提取出多种药用活性成分,但目前尚不清楚其次级代谢过程中这些活性物质合成的遗传基础。采用Illumina Hiseq^TM 2000高通量测序平台对独行菜种子转录组进行测序,经de novo组装后获得40 303条unigene。进一步利用六大公共数据库进行同源比对,注释了27 935条unigene。研究发现,534个基因参与了独行菜次生物质的合成和代谢,其中在芥子苷、黄酮类和芪类化合物生物合成途径中的unigene分别有4个、19个和69个,在苯丙氨酸代谢途径中的unigene有92个。这些基因可能参与独行菜种子药性活性物质的生物合成,并分析获得了参与上述合成代谢途径的13个关键基因的同源序列。另外,从转录组序列中搜索到6 304个SSR位点,分布于5 306条unigene中,出现频率为15.64%。研究结果不仅为挖掘独行菜种子药用次生代谢物生物合成关键基因提供了基础数据信息,而且为独行菜遗传多样性研究和分子标记开发奠定了分子基础。     

灵芝β-葡萄糖苷酶基因的克隆与功能分析

灵芝是我国著名的药用真菌,具有抗癌、抗肿瘤等功效。灵芝酸属于三萜类化合物,是灵芝的主要活性成分,并已成为评价灵芝品质的重要指标之一。β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BG)是次生代谢产物合成途径中的关键限速酶,能够调节次生代谢产物的生物合成。本研究通过同源序列比对,注释获得了灵芝β-葡萄糖苷酶基因(GlBG),并通过RNAi技术对灵芝β-葡萄糖苷酶进行功能分析。序列分析结果显示GlBG基因的DNA全长为2 759 bp,包含7个外显子和6个内含子,编码793个氨基酸,其编码的蛋白序列中含有β-糖苷水解酶的2个保守结构域。灵芝β-葡萄糖苷酶基因的沉默转化子中灵芝酸含量比野生型菌株的灵芝酸含量平均降低了38%,并且灵芝酸生物合成途径中的关键酶基因(hmgs、hmgr、fps、sqs和osc)的表达量也显著下降,实验结果表明灵芝β-葡萄糖苷酶在灵芝酸生物合成过程中具有重要作用,并为灵芝次生代谢途径及其调控机制提供了参考。     

不同鲜食品质橄榄果实转录组测序及酚类代谢途径相关调控基因挖掘

【目的】果实酚类物质类别、含量是与橄榄营养及风味密切相关的重要品质性状,探究橄榄酚类物质生物合成的分子调控机制。【方法】以总酚含量差异显著的橄榄（低酚/高酚）为试材,分别取花后80-160 d的果实进行转录组分析,对莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成通路差异基因进行表征,并对差异表达基因进行WGCNA分析,从中挖掘与酚类代谢途径相关的转录因子。【结果】转录组测序共获得296 314条Unigene,其中73%的Unigene被注释到数据库;4个品种（系）橄榄成熟果共鉴定到1 628个差异表达基因（DEGs）,KEGG分析显示,DEGs在酚类代谢途径的“类黄酮生物合成”通路上显著富集;进一步对果实成熟过程莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成途径的DEGs进行表征,结合WGCNA分析中每个模块与性状的R2和P值,筛选到4个关键模块,根据模块内基因的调控关系利用MCC拓扑分析法以度值≥1挖掘模块内关键转录因子,挖掘到137个转录因子Unigene与30个酚类合成结构基因Unigene共表达,转录因子Unigene功能注释来自35个基因家族,最多的为锌指蛋白（C2C2、C3H、C2H...     

油茶长链脂肪酰基CoA合成酶基因1(CoLACS1)分子特征与表达分析

长链脂肪酰基Co A合成酶(LACS)在脂肪酸的合成与分解代谢中起着重要作用。本研究以油茶(Camellia oleifera Abel)国家审定品种华硕(Camellia oleifera Huashuo)种仁转录组数据为基础,根据LACS基因Unigene序列设计引物,分离克隆了油茶LACS1基因全长c DNA序列,命名为CoLACS1(Gene Bank登录号:KJ960228),全长2114 bp,开放阅读框2088 bp,编码695个氨基酸;生物信息学分析显示CoLACS1具有3个B1ock,从分子特征可判断CoLACS1属于LACS家族;氨基酸同源比对显示与其他物种的LACS氨基酸序列具有较高的相似性,其中与拟南芥LACS7相似性为78%,与麻风树、大豆、毛果杨等物种LACS6(peroxisomal)相似性可达80%以上;对CoLACS1进行原核表达分析,构建的p ET30a-CoLACS1载体成功转化至BL21(DE3)中经1 mmol/L IPTG诱导表达,菌液检测获得预测的目的蛋白(分子量约为76 k D);分析转录组数据中CoLACS1的Unigene序列RTKM值并对CoLACS1进行实时荧光定量PCR分析,结果表明CoLACS1在油茶华硕种子发育各时期平稳表达,表达丰度变化不大,荧光定量结果变化规律与转录组数据分析一致;同时分析华硕种仁不同时期含油率和脂肪酸成分变化,双变量统计分析发现CoLACS1表达模式与油茶油脂积累规律呈显著相关性。本研究为进一步研究油茶油脂积累与代谢的基因调控提供理论依据。     

三叶木通转录组分析及三萜皂苷生物合成途径关键酶基因的发掘

为了解三叶木通(Akebia trifoliata(Thunb.)Koidz.)的三萜皂苷合成途径及其关键酶,本研究对其花、叶、根、茎进行转录组测序,组装获得了57.25 Gb数据,含140 859个unigenes,序列平均长度为1350 bp。KEGG代谢通路富集结果显示,517个unigenes参与三萜皂苷合成相关的3条代谢途径,其中415个unigenes编码三萜皂苷生物合成途径的19个关键酶。对三萜皂苷生物合成过程中的关键酶角鲨烯环氧酶(SE)进行序列分析和同源建模,发现其具有保守的底物结合结构域。将三叶木通茎与花、叶、根的基因表达水平进行比较,发现茎与根相比较其上调基因数目最多,其中295个差异表达基因(DEGs)与三萜皂苷生物合成途径相关。     

基于转录组的八角挥发油合成相关基因挖掘与分析

为更好地挖掘八角(Illicium verum)挥发油合成相关基因，该文对挥发油性状差异显著的优良无性系桂角69号及普通品种砧01号叶片进行了转录组测序及组装注释，并对差异表达基因进行了GO分类和KEGG通路分析。结果表明：(1)转录本经组装后获得84 182条序列，使用NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、KOG、GO和Pfam数据库进行序列比对，共注释了59 161条序列，筛选出30 572个差异表达基因。与砧01号相比，桂角69号叶片中上调基因有15 025个，下调基因有15 547个。(2)GO分类结果显示共有20 287个差异基因被注释。KEGG分析结果表明，有21 600个差异基因被注释到133条KEGG通路上，其中挥发油合成相关的单萜生物合成通路、萜类骨架生物合成通路、苯丙素合成通路中的芳樟醇合酶、月桂烯合酶、香叶基香叶基焦磷酸合酶、肉桂酰辅酶A还原酶、咖啡酸3-O-甲基转移酶、肉桂醇脱氢酶等关键酶基因呈差异表达。(3)转录因子分析发现差异表达基因分布于31个转录因子家族，其中MYB家族序列数量最多。该文利用转录组测序技术分析八角优良无性系与普通品种叶片的差异基因及...     

圆口铜鱼亲本与子代肝脏转录组特征及对比分析

通过Illumina HiseqTM 2000测序平台首次开展了圆口铜鱼(Coreius guichenoti)亲本与子代肝脏转录组测序并对比分析其测序结果。对转录组进行拼接和组装, 共获得80688个Unigene, Unigene的长度主要分布在401—600 bp, 占总Unigene的43.56%。与Nr、GO、COG、KEGG等公共数据库比对并进行功能注释, 经分析圆口铜鱼亲本与子代差异表达基因共2701个, 其中上调1240个, 下调1461个。差异基因表达模式聚类热图显示, 同一样本不同重复基因表达相似。将差异基因映射到代谢通路KEGG数据库进行富集分析, 并对37个KEGG显著富集的代谢通路(P<0.05)构建其基因共表达网络, 结果显示丙酸盐代谢、丙酮酸代谢、原核生物固碳途径、乙醛和二羧酸代谢、脂肪酸代谢、萜类骨架生物合成是KEGG差异表达基因的核心代谢途径, 且这些基因在圆口铜鱼子代中表达量均显著上调。该结果丰富了圆口铜鱼基因组数据, 并首次从分子水平比较了圆口铜鱼亲本和子代的代谢差异, 同时解释了在同一循环水系统中子代不易患病的现象。     

低温胁迫下两种不同形态群体拟穴青蟹转录组分析

为研究拟穴青蟹(Scylla paramamosain)不同形态群体对温度变化的适应差异, 以Sp1群体(腕节外缘中部都不具有发达的刺)和Sp2群体(至少一只螯足腕节外缘中部具有发达的刺)为研究对象, 选用低温胁迫组(8℃)和对照组(20℃)拟穴青蟹肝胰腺为实验材料, 进行转录组测序。结果显示, 测序共获得81853个Unigene, 平均长度为420 bp, N₅₀为1460 bp, 其中22.33%为已知基因。差异表达基因筛选发现Sp1群体在低温胁迫下共有15773个Unigene显著差异表达, 其中15628个Unigene表达下调, 145个Unigene表达上调, 这些Unigene显著富集于细胞质基质等生物学过程和RNA结合、核糖体结构组分等分子功能, 并进一步富集在核糖体、剪接体和内质网蛋白质加工等信号通路。Sp2群体在低温胁迫下共有323个Unigene显著差异表达, 其中上调114个, 下调209个。这些Unigene显著富集于DNA整合等生物学过程和甾体羟化酶活性、碳酸氢盐跨膜转运体活性等分子功能, 并进一步富集在赖氨酸降解、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢、精氨酸和脯氨酸的代谢等代谢通路。以上结果表明, 水温从20℃骤降至8℃, Sp1群体大量基因表达下调, 生理活动大幅度降低, 这可能与寒冷的冬季青蟹停止摄食、穴居不动等行为相对应; 而Sp2群体仅调整了物质代谢, 表明Sp2群体可能对温度骤降的响应较为迟缓。利用RT-qPCR验证了转录组数据, 结果证明基于转录组分析比较两种形态群体拟穴青蟹对低温胁迫的响应是可行的, 研究结果将应用于拟穴青蟹耐寒优质品种的选育。     

叶子花花瓣状苞片和叶片的比较转录组学研究

叶子花(Bougainvillea spectabilis Willd.)的苞片色彩鲜艳,呈花瓣状,在景观园艺和环境美化有着广泛应用。为了进一步了解花瓣状苞片的演化机制,该研究采用RNA-seq技术分别对苞片和叶片进行测序,比较苞片和叶片在基因表达水平的差异。最终获得54.48 M对长度为150bp的双向clean reads,从头拼接出55 782条Unigenes,平均长度为1 003.79bp,N50为1 402bp。共有30 874条Unigenes能被注释到公共数据库,其中有12 631条Unigenes能被注释到基因本体。差异化表达分析确定苞片和叶片差异表达的基因共有456个。该研究分别对不同组织差异表达的基因进行GO富集分析和KEGG富集分析,结果表明,在苞片中高表达的差异化基因有黄酮类合成相关的基因,花色合成关键酶多巴双加氧酶(DODA)以及发现与花瓣发育相关的基因,在叶片中高表达的差异化基因主要是参与光合作用。     

Developmental Regulation of Diacylglycerol Acyltransferase Family Gene Expression in Tung Tree Tissues

Diacylglycerol acyltransferases (DGAT) catalyze the final and rate-limiting step of triacylglycerol (TAG) biosynthesis in eukaryotic organisms. DGAT genes have been identified in numerous organisms. Multiple isoforms of DGAT are present in eukaryotes. We previously cloned DGAT1 and DGAT2 genes of tung tree (Vernicia fordii), whose novel seed TAGs are useful in a wide range of industrial applications. The objective of this study was to understand the developmental regulation of DGAT family gene expression in tung tree. To this end, we first cloned a tung tree gene encoding DGAT3, a putatively soluble form of DGAT that possesses 11 completely conserved amino acid residues shared among 27 DGAT3s from 19 plant species. Unlike DGAT1 and DGAT2 subfamilies, DGAT3 is absent from animals. We then used TaqMan and SYBR Green quantitative real-time PCR, along with northern and western blotting, to study the expression patterns of the three DGAT genes in tung tree tissues. Expression results demonstrate that 1) all three isoforms of DGAT genes are expressed in developing seeds, leaves and flowers; 2) DGAT2 is the major DGAT mRNA in tung seeds, whose expression profile is well-coordinated with the oil profile in developing tung seeds; and 3) DGAT3 is the major form of DGAT mRNA in tung leaves, flowers and immature seeds prior to active tung oil biosynthesis. These results suggest that DGAT2 is probably the major TAG biosynthetic isoform in tung seeds and that DGAT3 gene likely plays a significant role in TAG metabolism in other tissues. Therefore, DGAT2 should be a primary target for tung oil engineering in transgenic organisms.     

基于RNA-Seq分析MpigE在红曲霉色素生物合成中的转录调控

【目的】分析MpigE的缺失在转录水平对红曲色素产生的影响。【方法】对实验室保存的野生型紫色红曲霉(Monascus purpureus)Mp-21和△MpigE菌株进行高通量转录组测序、注释、表达差异基因功能富集分析和基因通路富集分析,在转录水平揭示MpigE缺失后红曲霉色素产量变化的原因。【结果】通过RNA-Seq测序,每个样品获得7.5–8.5 Gb的原始数据,经过拼接后得到7219个转录本(Unigenes),其中成功注释的为5692个。差异基因表达富集分析发现基因缺失菌株△MpigE相较于野生型菌株Mp-21上调差异基因达到199个,下调差异基因为293个。【结论】MpigE的缺失能够促进红曲霉中中央碳代谢和乙酰辅酶A代谢相关基因的表达以此影响色素生物合成。     

网隙裂粉韧革菌不同生长时期转录组分析

网隙裂粉韧革菌Amylostereum areolatum是松树蜂Sirex noctilio携带并传播的共生真菌,与松树蜂之间存在严格的互利共生关系,其正常生长发育是松树蜂完成生活史的关键因子之一。为研究该共生菌生长发育的相关机制,我们对共生菌菌丝最大生长速率前期（7d）和后期（12d）样本进行转录组测序,在转录水平上分析差异表达基因在共生菌生长发育中的功能。结果显示,两个不同生长时期共有差异基因2 425个,其中在共生菌最大生长速率前期样本中上调的基因有946个,下调的有1 479个。Nr注释和GO功能富集分析结果表明,共生菌最大生长速率前期的差异表达基因主要与碳水化合物代谢、蛋白质合成以及水解酶活性相关。Pathway富集分析表明,差异表达基因显著富集在糖酵解/糖异生代谢通路上,并且这些基因在共生菌最大生长速率前期的样本中显著上调,表明其可能在网隙裂粉韧革菌的生长发育中发挥重要作用。通过分析两个不同生长时期共生菌基因的表达情况,挖掘参与共生菌生长发育的关键基因,旨在为探索松树蜂与其共生菌的互利共生机制提供理论基础。