基于转录组分析酸枣仁斯皮诺素生物合成途径的相关基因

采用转录组测序技术分析酸枣仁(Ziziphi spinosae semen)不同发育时期基因表达差异,识别酸枣仁黄酮生物合成途径的相关基因,为进一步分析酸枣仁中黄酮类成分生物合成相关酶基因提供研究基础.以3个不同生长发育时期的酸枣仁样本为供试材料,采用Illumina Hiseq 4000进行转录组测序,并从头拼接,对转录本进行功能注释和差异性分析.经StringTie软件组装拼接得到74472个转录本,其中有26.83％在NR、Swiss-Prot、Pfam、GO、KOG、KEGG数据库中得到注释;代谢通路分析结果发现,在酸枣仁转录组中与黄酮类合成途径相关的11条差异表达基因可能编码斯皮诺素合成途径的一些酶类.酸枣仁中黄酮类成分斯皮诺素相关转录本信息为阐明斯皮诺素在生长期的积累提供重要依据,为提高酸枣仁品质研究提供参考.     

基于NMR的植物代谢组学技术研究款冬花蕾动态化学成分变化

运用基于核磁共振的植物代谢组学技术对不同发育阶段的款冬花蕾进行了代谢组学分析。首先采用1D和2D NMR图谱对款冬样品的核磁图谱进行了结构指认,共鉴定了40个代谢产物;随后核磁数据导入SMCA-P软件,进行了多元统计分析。主成分分析结果显示,不同发育阶段的款冬花蕾能很好的分开,且呈逐步变化趋势;其中10月、11月、12月的样品在散点图上距离较近,说明这三个时期花蕾的代谢组成接近;而9月（发育初期）和3月（开花后）采集的款冬花样品相距较远,说明这两个阶段的样品化学差异性很大;款冬中的代表性成分含量动态变化柱状图揭示,随着花蕾的发育,蔗糖的含量逐渐降低,到开花后达到最低,而款冬酮的含量逐渐升高,到开花后达到最高。本研究结果与中医传统用药经验是一致的,即花蕾发育初期和开花后其代谢产物组成与传统采收期差异较大,均不能入药。此外,单一款冬酮不能代表款冬花的止咳化痰药效物质基础,其药效的发挥是多种成分协同作用的结果。     

基于转录组的瑶药半枫荷根和叶的差异分析

为了探究半枫荷(Semiliquidambar cathayensis)根和叶的基因表达差异和关键活性成分合成通路中关键基因的表达规律,本研究对半枫荷的根和叶进行转录组测序和生物信息分析。59378个差异表达基因归类到在GO分类的3个大类中,主要与生物学过程有关(50.59%)。626个差异表达基因注释KOG数据库的24个分类中。81个差异表达基因参与苯丙烷类化合物的生物合成,110个差异表达基因参与黄酮类化合物的生物合成,211个差异表达基因参与萜类化合物的生物合成。本研究获得了半枫荷根和叶的转录组信息特征,为今后半枫荷基因功能鉴定、次生代谢途径解析及调控机制的研究提供依据。     

蓝标型核不育小麦花药转录物组学及花色素苷合成相关基因的表达分析

为了揭示蓝标型小麦核雄性不育的分子机制,更好地利用隐性核不育小麦杂种优势,本研究以蓝标型白粒小麦WS（不育）和浅蓝粒小麦WF（育性正常）植株花药为试验材料,利用转录物组学技术对两者差异表达基因进行了分析,并对其中涉及花色素苷合成相关基因进行了验证。结果表明： WF与WS相比,共检测到2 352个差异表达基因,这些基因经GO功能注释分为3大类43个小类,主要涉及生物合成、苯丙烷代谢、L-苯丙氨酸分解代谢、膜组成部分、质膜、细胞质、ATP结合和蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性等。 KEGG通路分析结果显示,苯丙烷类生物合成通路富集基因最多,有159个,其次是苯丙氨酸代谢通路,包含136个显著差异表达基因,其他还涉及多种氨基酸代谢、嘌呤代谢、嘧啶代谢及糖代谢通路;与花青素代谢直接相关的通路中,多个控制关键酶结构基因存在差异表达,且大多数在WF中上调表达,只有黄烷酮3-羟化酶基因（flavanone 3-hydroxylase,F3H）和无色花青素双加氧酶基因（anthocyanin dioxygenase,ANS）下调表达;实时荧光定量分析显示,10个与花青素代谢相关基因实际表达情况和转录物组测序数据中基因表达情况具有相同的上下调趋势;差异基因序列同源性分析显示,筛选出的2个转录因子（DN48762c2g1、DN25944c0g1）与玉米、水稻及拟南芥花色素苷合成调控转录因子聚为同一簇,可能是蓝标型小麦浅蓝粒植株蓝色糊粉层性状的候选基因。并且荧光定量分析表明,DN48762c2g1和DN25944c0g1在WF中的表达量要明显高于WS。综上认为,花青素的生物合成途径相关基因不仅与籽粒蓝色性状有关,而且可能参与了蓝标型核不育系的花药败育。     

基于转录组测序的宁夏枸杞不同品种果实活性成分合成差异表达基因分析

为探究不同品种宁夏枸杞果实活性成分生物合成相关基因的表达水平,筛选关键差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),揭示宁夏枸杞品种间活性成分含量差异的分子机制,本研究采用Illumina NovaSeq 6000高通量测序技术,对宁夏枸杞‘宁杞1号’和‘宁杞7号’青果期、转色期及成熟期果实进行转录组测序,比较2个品种果实不同发育期相关基因表达谱的变化。结果显示:转录组测序共获得811818178条clean reads,有121.76 Gb有效数据。‘宁杞1号’和‘宁杞7号’在青果期、转色期和成熟期差异表达基因分别有2827、2552和2311个;分别有2153、2050和1825个差异基因在基因本体论(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析和同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,KOG)分析等6个数据库中被成功注释。青果期、转色期和成熟期果实的差异表达基因,在GO数据库分别有1307、865和624个被富集到生物学过程、细胞组分及分子功能3个部分中;KEGG通路富集结果均集中在代谢途径、次生代谢物生物合成和植物-病原互作过程;在KOG数据库,3个发育期分别注释了1775、1751和1541个差异表达基因。对注释的基因进行PubMed数据库检索,在青果期、转色期和成熟期分别筛选到与枸杞活性成分合成相关的差异表达基因18、26和24个,这些基因主要参与类胡萝卜素、类黄酮、萜类、生物碱和维生素等代谢途径。选取7个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果与转录组测序数据表达趋势一致。本研究从转录水平为不同品种宁夏枸杞活性成分含量差异提供了初步证据,为进一步挖掘枸杞活性成分生物合成的关键基因及解析其表达调控机制提供了研究基础。     

葡萄糖诱导绿色杜氏藻转录组及相关通路差异分析

绿色杜氏藻是研究耐盐机理的模式绿藻．葡萄糖不仅是营养物质,而且还是信号物质．目前,对绿色杜氏藻转录组、糖处理后差异表达基因和β-胡萝卜素生物合成途径关键基因表达还不清楚．本研究通过Illumina HiSeqTM 2000高通量测序,获得葡萄糖处理和未处理绿色杜氏藻转录组信息．利用P value值和差异倍数对样本进行差异表达分析,共111条转录本存在差异表达,3条为上调转录本,108条为下调转录本．利用RT-qPCR检验差异表达分析的准确性. 结果表明,转录本表达结果与转录组分析结果一致．GO功能富集结果表明,71条下调转录本与代谢相关,占所有下调转录本的65.74%．KEGG富集分析结果表明,21条KEGG通路含89条下调转录本,14条通路与代谢相关．代谢中通路最多的为能量代谢（6条）,含63条下调转录本．能量代谢中与光合作用相关的下调转录本最多,为29条．通过分析找到2条与β-胡萝卜素生物合成相关通路（MVA/MEP途径及β-胡萝卜素合成途径）,并发现通路的关键基因hmgs、dxs、dxr、psy、pds、chyb,对其进行差异表达分析,均不存在差异表达．研究表明,葡萄糖抑制了绿色杜氏藻光合作用,代谢受阻,但未影响β-胡萝卜素生物合成相关通路及关键基因．     

细辛苯丙素类化合物生物合成相关酶基因的挖掘及其表达分析

为了探明细辛苯丙素类化合物生物合成相关酶基因的表达水平,本研究基于实验室已构建好的细辛转录组数据库,根据基因功能注释筛选出与苯丙素类化合物生物合成相关酶基因,并推导其蛋白序列,进行生物信息学分析,同时对相关酶基因进行基因的表达分析。本文从细辛转录组数据库中筛选出了6个酶基因,分别为pal、c4h、comt、4cl、ccr、cad。基因编码蛋白特性分析结果表明:6个酶基因所编码的蛋白属于不同的超家族。基因表达分析结果表明:6个酶基因表达量呈现相同的变化规律。对于叶、叶柄、根、根茎,6个酶基因在花期的表达量较花前期的高;同时,6个酶基因在地下部分的表达量比地上部分的高。以上结果显示6个酶基因在细辛叶、叶柄、根、根茎的表达量差异明显,但具有一定的规律性。研究的成功开展为我们进一步了解苯丙素类化合物生物合成相关酶的功能和特性打下了基础,为今后细辛活性成分的生物合成及代谢调控提供理论依据。     

刺芹侧耳不同发育时期的转录组差异分析

为了探讨刺芹侧耳子实体生长发育时期的基因表达变化,本文利用高通量测序技术对刺芹侧耳不同发育时期（菌丝期、原基期、子实体时期）进行RNA-Seq分析,在转录水平上解析差异表达基因在刺芹侧耳生长发育过程中的作用和功能。KEGG功能富集显示,菌丝期差异表达基因主要富集在碳代谢和氨基酸代谢中,其中三羧酸循环中编码柠檬酸合酶、乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶、琥珀酰辅酶A合成酶、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶的基因表达量均上调,说明碳代谢和氨基酸代谢是菌丝时期的主要能量来源;原基期上调的差异表达基因主要富集在脂肪酸代谢,其中RT-PCR定量结果显示原基期编码脂肪酸合酶的基因和编码脂酰辅酶A合成酶的基因下调,编码超氧化物酶的基因和编码过氧化氢酶的基因上调,表明脂肪酸代谢和抗氧化酶对刺芹侧耳原基期维持机体的稳定和生物应激方面起着重要作用。子实体时期上调的差异表达基因主要富集在剪接体、类固醇的生物合成以及AMPK信号通路中,说明环境因子对子实体时期有一定的影响。     

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。     

遮阴对柠檬香茅中萜类化合物及其合成酶基因影响研究

为获取柠檬香茅(Cymbopogon citratus)中萜类化合物及其合成酶基因信息,以正常生长及遮阴下的柠檬香茅嫩叶为材料,进行代谢组学和转录组学结合q RT-PCR验证分析。代谢组分析结果表明,柠檬香茅所含萜类共23种,包括单萜4种、倍半萜4种、二萜8种、三萜3种和四萜4种。在遮阴下,柠檬香茅的二萜类银杏内酯C和四萜类虾青素相对含量更高。转录组测序结果表明,单萜生物合成涉及4类合成酶的24个基因,二萜生物合成涉及11类合成酶的49个基因,倍半萜和三萜生物合成涉及12类合成酶的58个基因,其中6类合成酶的8个基因在遮阴下的相对表达量显著提高,而前萘二烯加氧酶(c64786.0)基因正好相反。q RT-PCR分析表明,遮阴下4个FPKM值差异明显的萜类合成酶基因表达的变化趋势与转录组测序结果一致,但不同合成酶基因的差异表达量存在差异。因此,柠檬香茅所含4类共23种萜类化合物由27类合成酶共131个基因编码而来,不同光照强度影响9个合成酶基因的表达和2种萜类化合物含量。     

杜仲雄花中次生代谢物合成积累的动态变化

对杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)雄株不同花期雄花中次生代谢产物含量进行分析测定,并对杜仲雄花次生代谢的生理基础及不同花期次生代谢产物含量差异进行了探讨.研究结果表明,雄花在不同花期次生代谢产物含量均有差异.总黄酮含量在花蕾期最高(4.010%),始花期最低(2.422%),从盛花期到末花期逐渐上升;桃叶珊瑚苷和绿原酸含量均在花蕾期最高(分别为2.351%和1.075%),盛花期最低(分别为1.463%和0.503%),至末花期含量上升;京尼平苷酸含量在始花期最低(0.217%),从盛花期开始逐渐升高,至末花期高达1.403%;次生代谢产物总量也以花蕾期为最高(7.420%).杜仲雄花的花蕾期和盛花期是兼顾质量和产量的最佳采摘期.     

Reconfiguration of the achene and receptacle metabolic networks during strawberry fruit development

The anatomy of strawberry (Fragaria x ananassa) fruit, in which the achene is found on the outer part of the fruit, makes it an excellent species for studying the regulation of fruit development. It can provide a model for the cross talk between primary and secondary metabolism, whose role is of pivotal importance in the process. By combining gas chromatography-mass spectrometry and liquid chromatography-mass spectrometry with the aim of addressing the metabolic regulation underlying fruit seed development, we simultaneously analyzed the composition of primary and secondary metabolites, separately, in achene and receptacle during fruit ripening of strawberry cultivar Herut. The results from these analyses suggest that changes in primary and secondary metabolism reflect organ and developmental specificities. For instance, the receptacle was characterized by increases in sugars and their direct derivatives, while the achene was characterized by a major decrease in the levels of carbon- and nitrogen-rich compounds, with the exception of storage-related metabolites (e.g. raffinose). Furthermore, the receptacle, and to a lesser extent the achene, exhibited dynamic fluctuations in the levels and nature of secondary metabolites across the ripening process. In the receptacle, proanthocyanidins and flavonol derivatives characterized mainly early developmental stages, while anthocyanins were abundant in the mature red stage; in the achene, ellagitannin and flavonoids were abundant during early and late development, respectively. Correlation-based network analysis suggested that metabolism is substantially coordinated during early development in either organ. Nonetheless, a higher degree of connectivity within and between metabolic pathways was measured in the achenes. The data are discussed within the context of current models both of the interaction of primary and secondary metabolism and of the metabolic interaction between the different plant organs.     

石榴果色合成相关基因CHS和CHI的表达特性分析

花色苷是类黄酮家族中重要的一类次生代谢产物,对果实呈色起重要作用。CHS (查尔酮合成酶)和CHI (查尔酮异构酶)为花色苷合成提供了前体物质,是花色苷合成所不可或缺的。利用RT-PCR和RACE方法,本研究从石榴果皮中克隆了与花色苷合成相关的CHS基因和CHI基因的cDNA全长,同时采用qRT-PCR研究了这两个基因在三个不同色泽石榴品种‘红宝石’、‘水晶甜’、‘墨石榴’发育期内的表达模式,并分析了果皮花色苷含量变化与基因转录水平的关系。结果表明,石榴中CHS和CHI基因cDNA全长分别为1 197 bp和693 bp,分别编码398和230个氨基酸,命名为PgCHS和PgCHI,在GenBank中的登录号分别为KF841615和KF841616。在氨基酸水平上,Pg CHS与荔枝、葡萄、山竹等果树的同源性达到90%以上。Pg CHI与果树中龙眼、梨、美洲葡萄、桑树等同源性达到70%以上。qRT-PCR结果显示,CHS和CHI基因的表达模式随色泽发育期和品种不同而有差异。在‘红宝石’石榴中,该两个基因都有前期和后期两个表达高峰期;而‘水晶甜’石榴中这两个基因的表达高峰期均出现在中后期;‘墨石榴’发育初期时CHS和CHI的表达量最高,以后的表达量都较低。同一品种内,CHS和CHI的表达具有协同性,两者的协同性表达有利于花色苷及其他类黄酮相关产物的合成。3个品种中CHS和CHI基因的表达与花色苷的积累并不一致。     

金花茶花瓣转录组分析及花瓣发育调控基因挖掘

花瓣大小是影响金花茶(Camellia nitidissima)观赏价值的主要因素之一,但金花茶花瓣发育形成机制尚不清楚。将金花茶花瓣发育过程划分为幼蕾期(S1)、初蕾期(S2)、显色期(S3)、半开期(S4)、盛开期(S5)五个阶段,利用RNA-seq技术分析花发育过程中转录组的动态变化,以期对金花茶花瓣发育形成的转录机理进行初步探究。通过对金花茶花瓣发育过程中的差异表达基因进行富集分析和趋势分析,发现生长素转导途径所含差异表达基因数量最多,部分AUX1/LAX共转运体、AUX/IAA基因、SAUR等生长素应答基因在开花过程中明显上调,表明生长素是调控花瓣生长重要的调控因子。MYB、bHLH、锌指蛋白等转录因子、木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶(XTH)、果胶酯酶(PE)、果胶裂解酶(PL)等部分下游功能基因,其中XTH显著富集于GO分类中的水解酶活性,表明它们可能对金花茶花瓣的生长起重要调控作用。此外,对FT、SOC1、AP3、PI、SEP3等开花调控关键基因在金花茶花瓣发育过程中的表达情况进行了分析,结果表明这些基因主要以中低表达为主。高表达基因进行KEGG富集分析结果表明,次生代谢物质合成伴随着金花茶花瓣的整个发育过程。这些结果为进一步揭示金花茶花瓣发育的转录调控机制奠定了理论基础。