火龙果转录组测序、基因表达与功能分析

利用高通量测序技术对火龙果(Hylocereus undulatus Britt)红肉品种‘大红二号’的花芽、果实和枝条不同发育阶段的基因表达进行研究。结果显示,转录组测序共获得468.68 Gb原始数据(Raw data),从头组装获得239 152条转录本和162 519条unigene,约53.74%的unigene得到注释。分别在43 506条和16 251条unigene中检测到600 283个SNP位点和56 147个SSR位点。基因表达分析结果表明,在火龙果不同组织Fl510、Fl513、Fl514、Fl518、F711、F715、S513、S419中分别有31、7、5、152、17、63、17、8个特异表达的unigene。通过GO和KEGG富集分析,发现了一些组织特异的GO条目和代谢通路,如在Fl510中富集的类萜骨架生物合成代谢通路等。本研究还对参与花发育的候选基因进行了鉴定和表达分析,他们包括COL基因、FT-like基因、分生组织决定基因和器官决定基因等。     

草地贪夜蛾雄性成虫和5龄幼虫的转录组比较分析

【目的】草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是一种新近入侵我国的重要害虫。本研究旨在对草地贪夜蛾雄性成虫和5龄幼虫两个不同发育阶段的转录组进行比较分析。【方法】利用高通量测序技术对草地贪夜蛾雄性成虫和5龄幼虫进行转录组测序和数据组装,并对转录组数据进行功能注释和比较分析。【结果】经de novo组装共获得209 002条转录本,平均长度为687.55 bp,N50为982 bp。共有46 198条(57.43%) unigene在至少一个数据库中获得功能注释,其中1 713条(2.13%) unigene在所有数据库中均能获得注释。在GO数据库中获得205 269条unigene的注释,主要包括68个功能分类;在KEGG数据库中共有3 408条unigene得到注释,涉及277个代谢通路。共鉴定到424个嗅觉相关的基因,并且在雄性成虫和5龄幼虫之间的表达存在差异。通过比较转录组分析,在雄性成虫中鉴定到9 162个上调和6 399个下调差异表达基因(DEGs);功能富集分析发现在上调DEGs中涉及信息素以及信号转导的代谢通路显著富集,而下调DEGs中涉及解毒相关的通路显著富集。【结论】这些转录组数据为探究草地贪夜蛾的生长发育、嗅觉相关功能基因以及候选分子靶标提供资源信息。     

沙葱萤叶甲卵滞育的转录组学分析

【目的】建立沙葱萤叶甲Galeruca daurica滞育卵转录组数据库,挖掘卵滞育相关的基因以及代谢和信号通路,在转录组水平探讨卵滞育的分子机制。【方法】采用Illumina NovaSeq6000高通量测序平台对沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵进行转录组测序,并进行生物信息学分析;利用DESeq软件分析沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵中的差异表达基因,对差异表达基因进行KEGG通路富集分析;利用qRT PCR技术对10个差异表达基因的表达模式进行验证。【结果】基于沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵转录组测序结果,共获得53 389个unigene,其中差异表达基因2 145个,24个差异表达基因与保幼激素信号及脂肪酸生物合成和降解相关。与解除滞育卵相比,滞育卵转录组中1 297个基因上调表达,富集于124条KEGG通路,其中核糖体通路显著富集;848个基因下调表达,富集于73条KEGG通路,其中MAPK信号通路和糖胺聚糖生物合成通路显著富集。qRT-PCR结果表明,随机选取的10个差异表达基因的表达趋势与RNA-Seq转录组测序结果完全一致。【结论】保幼激素,脂肪酸生物合成和降解,核糖体,MAPK信号及糖胺聚糖生物合成等通路可能在沙葱萤叶甲卵滞育调控中起着重要的作用。     

苗期水稻响应褐飞虱取食的基因差异表达分析

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens (St?l)是水稻的重要害虫之一,主要刺吸水稻韧皮部汁液为害,对水稻生产造成严重的产量和经济损失。为研究水稻响应褐飞虱取食的分子机制,对褐飞虱取食6 h后的苗期水稻进行转录组测序及基因差异表达分析。【方法】采用illumina二代测序技术获得褐飞虱取食前后水稻组织的转录组数据,利用RSEM软件进行基因表达定量和DEseq2进行差异表达分析;从差异表达基因中随机选取20个基因采用荧光定量PCR技术进行验证;采用GeneMerge软件对差异表达基因进行KEGG和GO富集分析。【结果】褐飞虱取食后,水稻转录组中的1 104个基因出现了差异表达,其中435个基因表达上调,669个基因表达下调。荧光定量PCR结果显示,20个差异表达基因中18个基因的表达变化趋势和测序结果一致,证明了转录组分析结果可靠。GO和KEGG富集分析表明,表达上调基因主要与水稻氧化应激、海藻糖合成及次生化合物代谢有关,显著富集在14个KEGG通路和30个GO功能分类中;而表达下调基因主要参与水稻纤维素、蛋白质及脂肪酸合成过程,显著富集在29个KEGG通路和26个GO功能分类。在差异表达基因中,分别有61个转录因子和13个水杨酸和茉莉酸信号通路相关基因。【结论】褐飞虱取食激发了水稻的应激反应和保护机制,同时还降低了营养合成的过程,是飞虱为害造成水稻减产的原因之一。本研究初步揭示了苗期水稻响应褐飞虱取食的差异表达基因,为研究水稻-褐飞虱互作机制以及褐飞虱抗性水稻品种培育提供了参考和依据。     

基于高通量测序的文冠果转录组分析

应用Illumina Hi-seqTM2000高通量测序技术对文冠果花芽进行转录组分析。共获得N50为1 180bp、平均长度为686bp的unigene 58 311条。与公共数据库Nr和Swiss-Prot同源性比较后发现37 047条unigene获得基因注释,另有21 264条unigene未被注释。利用COG数据库将unigene分成25类。通过GO分类和KEGG Pathway富集性分析,将unigene分别归类于55个GO term和128个代谢途径。此外,在9 794条unigene中共搜索到12 213个SSR位点,单核苷酸重复基元出现频率最高(34.95%),其次分别为二核苷酸(32.74%)和三核苷酸(28.64%)。在获得的unigene中发掘出涉及4个开花调控途径(光周期途径、春化途径、GA途径和自主途径)多个基因的同源序列。研究结果可在一定程度上解析文冠果花芽形态分化的分子调控模式与机制。     

夏季高温干旱逆境下梭梭枝条中转录组表达谱分析

本研究以荒漠地区极为抗旱、耐热的超旱生固沙植物梭梭为材料,利用Solexa测序技术对高温和适温下野生梭梭的枝条进转录组测序和数据de novo组装。将得到的unigene进行功能注释、分类及代谢通路分析。结果表明,获得长度大于200 bp差异表达基因162 504条,将得到的unigene与Nr和Swiss-Prot数据库比对后发现,分别有38 529条和23 198条unigene与其它物种的基因具有同源性。利用COG数据库可将有关的13 012条梭梭unigene分成25类,KEGG数据库分析发现共有22 249个unigene参与298种代谢通路。研究表明梭梭逆境胁迫反应是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式,为揭示梭梭耐旱机理以及梭梭耐旱性相关关键基因奠定了基础。     

沙葱萤叶甲对蜕皮激素响应的转录组分析

为建立沙葱萤叶甲Gauleruca daurica成虫对蜕皮激素（20-hydroxyecdysone,20E）响应的转录组数据库,挖掘对20E响应的基因以及代谢和信号通路,并在转录组水平探讨20E调控生殖滞育的分子机制,本研究采用Illumina HiSeqTM4000高通量测序平台对20E及二甲基亚砜（dimethyl sulfoxide,DMSO）处理后的沙葱萤叶甲成虫进行了转录组测序,共获得80 313个unigene;与阴性对照DMSO相比,共获得201个差异表达基因,其中106个上调、95个下调。GO和KEGG富集分析表明,多数差异表达功能基因富集于各种代谢通路,其中核黄素代谢（riboflavin metabolism）、溶酶体（lysosome）和泛酸与乙酰辅酶A合成（pantothenate and CoA biosynthesis）通路显著富集（q<0.05）。结果表明,20E可能通过影响多种代谢通路调控沙葱萤叶甲的生殖滞育。     

携带与未携带松材线虫的松墨天牛转录组差异表达基因分析

【目的】本研究旨在建立携带与未携带松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的松墨天牛Monochamus alternatus成虫各组织的转录组数据库,揭示松墨天牛对松材线虫响应的转录组整体表达特征。【方法】以携带和未携带松材线虫的松墨天牛成虫的表皮、气管和脂肪体为材料,采用Illumina HiSeq TM 2000测序平台开展转录组测序,利用Trinity软件对RNA-Seq数据进行从头组装,利用NCBI数据库进行基因注释。通过DEG-Seq分析携带和未携带松材线虫的松墨天牛成虫中的差异表达基因,对上调表达基因进行GO和KEGG代谢途径富集分析,并通过实时荧光定量PCR技术对部分差异表达的基因包括ENV,CDK1,HSP70-C,HSP70,HSP75,DUO,PABPN1和IGFP基因的表达水平进行验证。【结果】测序过滤后共获得55059条单基因簇(unigene),平均长度为1536 bp。将unigene与数据库中的序列进行BLASTX比对,成功注释24354条unigenes,其中4022条unigene在GO数据库中获得注释,6098条unigene在KEGG数据库中获得注释。经过GO与KEGG富集分析显示,松墨天牛成虫携带松材线虫后,差异表达基因主要为与其气管中压力调节、组织与DNA修复、激素响应方面相关的基因。实时荧光定量PCR分析结果显示CDK1,HSP70,HSP75,DUO,PABPN1和IGFP基因的表达量在携带松材线虫的松墨天牛气管中相比未携带松材线虫的松墨天牛气管中的显著上调。【结论】本研究初步阐明松墨天牛携带松材线虫后转录组的整体表达模式,为进一步研究松墨天牛的基因功能及对松材线虫的胁迫响应过程奠定了基础。     

不同海拔饲育的麦洼牦牛肺脏组织转录组学分析

为了探讨牦牛适应高海拔低氧环境的基因表达特征与规律,对在高海拔（3 560 m）和低海拔地区（478 m）饲育4个月的2.5~3岁健康雄性麦洼牦牛肺组织进行转录组测序。转录组测序采用Illumina高通量测序平台(HiSeqTM2500/4000)进行,并以qRT-PCR验证差异表达基因的表达量。结果显示,高海拔组牦牛肺脏转录组平均每个测序样本得到约5.76亿条Clean Reads,低海拔组牦牛中得到约6.10亿条Clean Reads,比对到参考基因组上的Reads数分别占91.74%和91.28%以上,共发现了2 047个新转录本。低海拔组与高海拔组牦牛肺脏组织之间共有199个差异表达基因,其中含89个差异上调表达基因和110个差异下调表达基因。所得差异表达基因富集在297个GO条目和146个KEGG通路中,包含62个低氧适应相关的GO条目和35个低氧适应相关代谢通路。其中低氧适应相关GO条目在生物过程、细胞组成和分子功能三种类别中占比最多的分别为细胞粘附、蛋白复合物和钙离子结合。低氧适应相关KEGG通路中占比最多的为肿瘤坏死因子(TNF)信号通路,其次为低氧诱导因子1(HIF-1)信号通路。qRT-PCR验证结果显示,Ⅱ类人类白细胞抗原α链(HLA-DOA、HLA-DRA)、补体因子 (C2)和甘露糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶1（MASP1）基因的表达量变化与转录组测序结果相符。本研究为全局和深入理解牦牛肺组织转录本表达对高海拔低氧的响应提供了有价值的切入点。     

侧孢短芽孢杆菌S2-31拮抗下细辛叶枯病菌转录组差异表达分析

通过分析侧孢短芽孢杆菌拮抗作用下叶枯病菌的转录组学特征,研究差异表达基因(DEGs)和代谢通路的富集情况,初步探索侧孢短芽孢杆菌拮抗叶枯病菌的分子机制。首先利用S2-31与叶枯病菌的对峙培养观察其拮抗作用,然后利用转录组测序探究侧孢短芽孢杆菌拮抗下和正常生长下的叶枯病菌的基因表达水平差异,并进行RT-qPCR验证,最后,利用相关数据库对DEGs进行注释和富集分析。对峙培养后,叶枯病菌菌丝出现皱缩、扭曲等现象。测序后共得到3681个DEGs,其中2224个相对上调,1457个相对下调。GO功能注释分析表明,上调和下调表达的DEGs均注释到生物过程8个亚群、细胞组分8个亚群和分子功能4个亚群。KEGG富集分析中,共有732个unigenes定位到115条生物学通路中,其中富集程度相对较高的通路有氨基糖和核苷糖代谢、糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定生物合成和过氧化物酶体;涉及差异基因较多的通路有淀粉和蔗糖代谢、剪接体和胞吞作用;上调表达的DEGs主要富集在代谢途径,下调表达的DEGs主要富集在遗传信息处理和细胞过程途径。从显著富集的通路中筛选出与菌丝生长发育相关的差异表达基因,结果表明侧孢短芽孢杆菌主要抑制病原菌菌丝过氧化物酶体的形成、胞吞过程和GPI锚定的合成等过程。差异表达基因的RT-qPCR验证结果与转录组测序的结果一致。在侧孢短芽孢杆菌S2-31的拮抗下抑制了叶枯病菌的生长,其转录组特征也发生显著变化,差异基因主要涉及代谢、细胞过程以及遗传信息处理等途径的相关通路。     

意大利蜜蜂幼虫肠道内球囊菌及其纯培养的高表达基因差异分析

【背景】球囊菌是一种典型的蜜蜂真菌性病原,特异性地侵染蜜蜂幼虫。目前,有关球囊菌在侵染过程中的基因表达规律的信息极为有限。【目的】通过深入分析胁迫意大利蜜蜂(意蜂)幼虫肠道的球囊菌及其纯培养的高表达基因(HEGs)差异,探索球囊菌在胁迫意蜂幼虫肠道后期与胁迫前的基因表达规律。【方法】利用RNA-Seq技术对球囊菌胁迫的意蜂6日龄幼虫肠道(Aam T)及球囊菌纯培养(AaCK)进行深度测序,根据FPKM值筛选得到球囊菌的HEGs,进而通过GO(Gene ontology)及KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析、Venn分析对上述HEGs进行功能预测和生物学意义挖掘。【结果】AaCK与Aam T的转录组测序共得到105 447 578条原始读段(Raw reads),经过滤得到88 466 344条有效读段(Clean reads),两端平均Q20为97.50%,平均Q30为93.81%。GO富集分析结果显示,AaCK的HEGs富集于26个GO terms,基因富集数最多的是细胞(22 Unigenes),其次是细胞组件(22 Unigenes)和代谢过程(21 Unigenes);Aam T的HEGs富集于22个GO terms,基因富集数最多的是催化活性(23 Unigenes),其次是细胞进程(18 Unigenes)和代谢过程(18 Unigenes)。KEGG代谢通路(Pathway)富集分析显示,AaCK的HEGs富集在109个Pathways上,基因富集数最多的是核糖体(179 Unigenes),其次是氨基酸生物合成(70Unigenes)和碳代谢(62 Unigenes);Aam T的HEGs富集在114个Pathways上,基因富集数量最多的是核糖体(178 Unigenes),其次是碳代谢(116 Unigenes)和氧化磷酸化(112 Unigenes)。Venn分析结果显示,AaCK与Aam T共有的HEGs有260个,二者特有的HEGs分别为2 161个和4 445个。【结论】提供了胁迫意蜂6日龄幼虫肠道的球囊菌及其纯培养的HEGs表达谱,揭示了球囊菌在胁迫前和胁迫后期的基因表达规律,也为阐明球囊菌致病的分子机理提供了有益的信息和线索。     

甘蓝型油菜种子中油体的超微结构及蛋白质组分析

以甘蓝型油菜（Brassica napus L.）含油量较高的品种‘ZS11’、含油量中等的品种‘Westar’和‘Topas’以及含油量较低的品种‘ZS10’为实验材料,通过超微结构观察和统计,比较分析不同品种种子中油体形态、大小和数量的差异。研究结果显示,品种‘ZS11’种子子叶细胞油体排列致密,形态较小,大部分油体的直径低于1 μm;而在含油量中等或较低的品种中,种子子叶细胞油体排列均显疏松,其中‘Westar’和‘Topas’的油体较大,而‘ZS10’的油体大小不一。本研究还通过双向电泳分析进一步检测了‘Westar’和‘ZS11’种子中总蛋白和油体蛋白的差异表达情况。结果显示,‘Westar’和‘ZS11’种子总蛋白双向电泳图谱中,表达量具有2倍以上差异的蛋白质点共有57个;其中在‘Westar’中特异表达的种子总蛋白质点有24个,在‘ZS11’中有23个。在上述2个品种油体蛋白双向电泳图谱中,表达量具有2倍以上差异的蛋白质点共有52个,在品种‘Westar’中特异表达的有2个,‘ZS11’中有13个。表明不同含油量的油菜品种种子在油体的结构和蛋白组份上均存在差异。     

两个玉米品系叶片光合速率差异的生理机制初探

田间生长的两个玉米品系"双105"和"40×44"叶片净光合速率(Pn)存在显著差异。在不同的生长阶段,"40×44"Pn值均比"双105"高10%~32%,而且PSII光化学效率(Fv/Fm和△F/Fm')也较高,表现为植株较高,叶片较大,但叶绿素含量较低。尽管"双105"品系具有较低的光合速率和较低的气孔导度(Gs),但其胞间CO₂浓度(Ci)却略高于"40×44"。因此,这两个玉米品系叶片光合速率的差异并非气孔因素,而可能源于光合机构的光反应系统。     

高温对水稻开花期剑叶抗氧化酶活性及基因表达的影响

以杂交水稻‘Ⅱ优838’为研究材料,检测了高温胁迫下‘Ⅱ优838’开花期剑叶中叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性及SOD、CAT、POD基因的表达水平。结果显示,高温胁迫使‘Ⅱ优838’剑叶中叶绿素含量及叶绿素a和叶绿素b含量的比值(Chl a/Chl b)降低且下降幅度显著低于‘冈优725’(对照);SOD和POD活性增高且增幅显著大于‘冈优725’,但CAT活性降低且降幅显著小于‘冈优725’;热胁迫使‘Ⅱ优838’剑叶中SOD、CAT和POD基因的表达量显著增加。说明‘Ⅱ优838’在开花期遭遇高温胁迫后能保持较高的光合效率,并通过提高抗氧化保护酶的基因表达水平以维持较高的活性来应答高温胁迫,这为深入剖析水稻高温胁迫下的生理反应和适应机理提供了参考。     

有机及生态绿色栽培对猕猴桃果实品质的影响

以中华猕猴桃（Actinidia chinensis Planch.）品种‘H-1’为材料,研究有机栽培和生态绿色栽培模式对其可溶性固形物、总糖、总酸、Vc、氨基酸、矿物元素和香气等果实品质性状的影响。结果显示：生态绿色栽培的‘H-1’中,果实可溶性固形物、总糖和Vc含量比有机栽培的果实分别高出15.90%、26.30%和29.25%,其中Vc的差异最为明显;总酸含量与有机栽培种相差不大;有机栽培的‘H-1’中必需氨基酸的含量是生态绿色栽培种的1.69倍,且锌和钙的含量也高于生态绿色栽培,但钾元素含量相差不明显;生态绿色栽培的‘H-1’果实中可检出的果香成分比有机栽培多5种。研究结果表明栽培方式不同,猕猴桃果实品质表现出一定差异,可根据果实鲜食及加工用途的不同选择合适的栽培方式。     

测墒补灌对不同穗型小麦品种耗水特性和干物质积累与分配的影响

在田间试验条件下, 以中穗型小麦(Triticum aestivum)品种‘山农15’和大穗型品种‘山农8355’为供试材料, 设置3个0-140 cm土层土壤相对含水量处理: W0 (拔节期65%, 开花期60%)、W1 (拔节期70%, 开花期70%)、W2 (拔节后8天70%, 开花后8天70%), 采用测墒补灌的方法补充土壤水分达到目标相对含水量, 对两个不同穗型小麦品种的耗水特性和干物质积累与分配进行了研究。结果表明: (1)两品种籽粒产量均以W0处理最低, ‘山农15’ W1和W2处理无显著差异, ‘山农8355’ W1处理显著高于W2处理; 两品种W1处理的水分利用效率和灌溉水利用效率均显著高于W2处理。‘山农15’ W1处理的籽粒产量和灌溉水利用效率分别显著低于和高于‘山农8355’的W1处理, 水分利用效率无显著差异; 两品种W2处理的籽粒产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均无显著差异。(2)两品种总耗水量以W0处理最低, ‘山农15’ W1处理显著低于W2处理, ‘山农8355’两处理无显著差异; 两品种W1处理的土壤供水量及其占总耗水量的比例显著高于W2处理。‘山农15’ W1处理的总耗水量和灌水量占总耗水量的比例显著低于‘山农8355’, 土壤供水量占总耗水量的比例显著高于‘山农8355’; 两品种W2处理总耗水量, 土壤供水量及其占总耗水量的比例无显著差异。(3)两品种W1处理成熟期干物质积累量显著高于其他处理, W1处理提高了‘山农8355’开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率, 对‘山农15’无显著影响。‘山农15’ W1和W2处理成熟期干物质积累量显著低于‘山农8355’, 开花前贮藏同化物向籽粒的转运量和转运率、对籽粒的贡献率均显著高于‘山农8355’, 开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率低于‘山农8355’。综合考虑干物质积累与分配、籽粒产量、水分利用效率和灌溉水利用效率, W1处理是两品种节水高产的最佳土壤相对含水量处理。