基于代谢组学分析黑老虎植株不同部位黄酮类成分

黑老虎的根是常用中药,黄酮类化合物是药用植物的主要活性成分之一。为探究黑老虎植株叶和茎中可能含有与根类似或具有高度富集的类黄酮化合物,挖掘其利用价值。该文利用广泛靶向代谢组学技术,鉴定了黑老虎的叶、茎和根的代谢物,并根据结构配置分类,解析其中类黄酮的多样性和丰度。结果表明：(1)黑老虎叶中类黄酮数量(80个)>茎(73个)>根(67个),3个部位均有61个相同的黄酮类化合物,叶和茎中含有更多的黄酮醇类化合物,从而使类黄酮多样性高于根。(2)在3个部位积累量比较高的是黄酮醇类、黄酮类、黄烷醇类和查尔酮类,其中黄酮醇和黄酮在茎和根积累量下降,导致类黄酮丰度从叶(24.00×10⁷)-茎(13.45×10⁷)-根(9.05×10⁷)连续大幅度下调。(3)叶和茎中含有大量与根相同和多种根中没有的类黄酮,可以考虑替代或互补利用,3个部位儿茶素类化合物表达量都较高,叶中还富含槲皮素及其衍生物,具有较高的利用价值。     

杂交兰及其花艺突变体中类黄酮成分差异的代谢-转录组联合分析

为探索杂交兰花艺突变体变异的分子机理,该研究以杂交兰‘玉凤’及其花艺突变体‘双艺金龙’为材料,利用靶向代谢组学和转录组学鉴定两者中类黄酮化合物含量差异及其相关通路上的差异表达基因。结果表明：(1)代谢组分析发现,杂交兰‘玉凤’和‘双艺金龙’花瓣中共检测到271种类黄酮代谢物,其中黄酮醇类和黄酮类代谢物的相对含量约占总类黄酮的30%～50%;共检测到38个差异代谢物(15个上调,23个下调);‘玉凤’中差异最高的代谢物二氢山奈酚-7-O-葡萄糖苷(黄酮醇类)含量是‘双艺金龙’的124 444倍,‘双艺金龙’中差异最高的代谢物3,5,7,3′,4′-五羟基-5′-异戊二烯基黄酮(黄酮醇类)含量是‘玉凤’的7 244倍。(2)KEGG分析显示,差异代谢物显著富集在类黄酮、黄酮和黄酮醇生物合成途径。其中,在类黄酮生物合成途径上,根皮苷、黄腐醇、二氢山奈酚、二氢杨梅素和表没食子儿茶素含量升高,柚皮苷和二氢槲皮素含量降低;在黄酮和黄酮醇生物合成途径上,三叶豆苷和槲皮素含量均下降。(3)转录组分析共筛选到563个差异表达基因,与‘玉凤’相比,‘双艺金龙’中有220(39.1%)个基因上调表达,343...     

基于广泛靶向代谢组学分析黑老虎不同部位成分差异

为提高黑老虎(Kadsura coccinea)资源的综合利用率，采用广泛靶向代谢组学技术鉴定并分析了根、茎、叶代谢组分差异及高度富集成分。结果表明，在根、茎和叶中分别鉴定出642、650和619个代谢物，以酚酸、脂质、类黄酮和有机酸为主；叶与根、茎与根的共有成分分别为566和650个，显著差异成分有442和393个，主要为酚酸、类黄酮和脂质，差异代谢物在苯丙烷生物合成、黄酮与黄酮醇生物合成通路中显著富集。代谢物总丰度和次生代谢物丰度均表现为叶>根>茎，叶中酚酸、类黄酮和脂质及茎中酚酸积累量显著高于根，而氨基酸及其衍生物、萜类、木脂素、香豆素、生物碱的丰度在根中显著上调。因此，黑老虎根、茎、叶有大量共有成分，叶和茎中酚酸、叶中类黄酮和脂质高度富集，含有新绿原酸、绿原酸、槲皮素等多个丰度较高且具有重要生物活性化合物，具有较高利用价值。     

转录组和代谢组联合解析苹果采后高浓度CO2伤害机制

环境气体浓度影响果蔬的贮藏保鲜期和品质,高浓度CO2长时间处理会造成果实的伤害,但具体的分子机制不清楚。本研究以高浓度CO2处理采后富士苹果为材料,利用Illumina Hiseq 4000高通量测序技术和非靶向代谢技术分别对苹果内部褐变果肉组织和对照组正常果肉组织进行转录组测序和代谢组学分析,解析苹果CO2伤害产生的机制。结果如下：转录组测序共获得6 332个差异基因,包括4 187个上调基因和2 145个下调基因。差异基因进行功能性分析初步确定苹果CO2伤害的发生与氧化还原过程、脂类代谢、激素信号转导过程、能量代谢过程有关,并成功筛选出20个候选褐变基因,其中grxcr1 (MD14G1137800)、gpx (MD06G1081300) 参与活性氧清除过程,pld1_2 (MD15G1125000) 和plcd (MD07G1221900) 参与磷脂酸合成,影响膜代谢,mdh1 (MD05G1238800) 参与TCA循环,影响能量代谢。代谢组分析共获得77个差异代谢物,主要是有机酸、脂类、糖类和多酮类化合物,其中包括35个与褐变相关的代谢物质。将差异基因和差异代谢物进行联合分析,结果显示,类黄酮生物代谢过程参与了苹果的褐变过程,褐变组织与对照组织比较发现儿茶素、槲皮素等黄酮类含量明显下降,细胞抗氧化能力下降,氧化还原状态失衡,细胞结构破坏,造成褐变。本研究结果进一步丰富了CO2伤害产生的理论基础,同时为高浓度CO2保鲜技术的实际应用提供理论指导。     

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。     

黄秋葵花和果荚转录组测序及类黄酮代谢差异表达分析

采用Illumina Hi seq 2500转录组高通量测序,构建黄秋葵花和果荚转录组文库,并利用测序评估、差异基因功能注释等生物信息学方法进行分析。研究结果表明：(1)分别获得黄秋葵花和果荚有效数据7.12 Gb和8.14 Gb,碱基百分比(Q30)均达到91.0%以上。(2)获得差异表达基因(DEGs)1 336个,其中上调基因319个,下调基因1 017个。(3)获得功能注释的基因有1 131个,GO将455注释基因归成41个功能小类,主要涉及代谢过程、催化活性、单一生物过程和细胞过程等过程;KOG注释了472个DEGs,涉及23个功能分类,其中与次生代谢直接相关过程O和Q类别获得111个注释结果;KEGG将372个DEGs注释到80条代谢通路中,获得F3H、F3′5′H、DFR、ANR、ANS、GT、LAR共10个关键差异基因,其中F3H、DFR在黄秋葵花中表现上调效应,F3′5′H、ANR、LAR在黄秋葵果荚中表现显著上调效应,ANS、GT则分别在花和果荚中均有上调或下调效应。(4)实时定量PCR分析显示,其中7个差异表达基因得到的相对表达量与转录组表达谱分析趋势完全一致。(5)类黄酮代谢途径分析表明,黄秋葵花通过F3H、DFR、ANS、GT途径将NAR催化为生成花青素苷;果荚则将NAR通过F3′5′H将催化为DHM,后在FLS催化下生成黄酮醇类物质等;部分NAR在F3H、 DFR催化下,生成无色飞燕草素苷元,再分别在ANS、LAR作用下,进入花青素苷元和原花青素合成途径。该研究结果丰富了黄秋葵转录组信息,为黄秋葵类黄酮物质纯化和功能利用提供参考依据。     

转录组和代谢组分析瘤菌根菌对铁皮石斛的促生机制

为筛选出促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)生长的差异表达基因和差异代谢物,对瘤菌根菌与无菌盆栽铁皮石斛苗共生后形成的侧根根系进行转录组、代谢组和双组学联合分析。结果表明,转录组分析共找到262条差异表达基因富集到了35条通路中,其中内质网蛋白质加工通路途径的差异基因最多,其次为氨基糖和核苷酸糖代谢通路。代谢组分析共检测出194个差异代谢物富集到33个KEGG通路中,其中代谢途径的差异代谢物最多有133个,其次为不同环境的微生物代谢途径的差异代谢物有70个。通过联合分析,有9个差异基因的差异表达导致丝氨酸、谷氨酸、D-甘露糖和激素等代谢物的积累量发生变化,这可能是瘤菌根菌促进铁皮石斛生长的重要原因。因此,推测瘤菌根菌促进铁皮石斛生长与氨基酸、糖、植物激素的积累及相关基因的表达变化有关。     

NaCl胁迫下哈茨木霉ACCC32524的转录组和代谢组分析

【目的】通过分析NaCl胁迫下哈茨木霉(Trichoderma harzianum)ACCC32524转录组和代谢组数据,研究差异表达基因及次级代谢产物的变化情况,初步探索响应NaCl胁迫的分子机制。【方法】利用Illumina HiSeq XTen高通量测序平台完成0、0.4、0.6 mol/L NaCl浓度胁迫培养下哈茨木霉ACCC32524的转录组测序,GC-TOF-MS技术完成对0mol/L和0.6mol/LNaCl胁迫培养下的差异次级代谢产物检测,利用相关软件及数据库对差异表达基因(DEGs)和次级代谢产物的注释、筛选和分类,并进行RT-qPCR验证。【结果】本研究分别得到0.4 mol/L和0.6 mol/L NaCl胁迫下417和733条差异表达基因;GO富集分析显示,分别有318和582条差异表达基因注释到生物学过程、分子功能和细胞组分3个一级分类和40个二级分类;COG分类结果表明分别有232和414条转录本为20个类别,涉及差异表达基因最多的分别为氨基酸的转运和代谢、一般功能预测、碳水化合物的转运和代谢;KEGG代谢途径分析结果表明,分别有75和96条基因归到25个代谢通路中(P≤0.05),其中涉及差异基因最多的是氨基酸的生物合成和2-氧代羧酸代谢通路。从转录组数据中共筛选出与渗透调节、离子转运、活性氧清除等22个耐盐相关基因。0 mol/L和0.6 mol/L NaCl胁迫下的代谢组数据中共筛选出101个差异次级代谢产物,包括8种积累量上调和93种下调物质,其中36个得到定性,分属于糖类、有机酸和氨基酸等9个分类中。RT-qPCR验证挑选的差异表达基因的表达量变化,均与RNA-seq分析结果一致。【结论】NaCl胁迫下引起哈茨木霉ACCC32524基因及次级代谢产物发生明显变化,细胞代谢途径发生明显偏移,这些进程共同作用减少NaCl对细胞的毒害作用,为木霉菌的耐盐机理研究提供重要信息。     

不同成熟度树葡萄叶片中类黄酮合成转录组基因分析

为了解树葡萄(Myrciaria cauliflora)类黄酮合成相关酶差异表达基因信息,对其幼叶和成熟叶进行全转录组测序并比较分析。结果表明,从树葡萄幼叶和成熟叶中获得59 321条单基因簇(Unigenes),在8大数据库共注释到32 912条Unigenes信息,其中类黄酮合成代谢相关酶基因77个,在成熟叶片中显著下调表达的基因6个,包括2个CHI、1个CHS、1个F3H、1个2-羟基异黄酮脱水酶基因和1个ANS。5个差异表达基因经qRT-PCR验证的结果与转录组测序结果相符合。因此,树葡萄叶片中含有大量不同种类黄酮合成代谢相关酶家族基因,成熟叶片中类黄酮含量显著减少是由于少量相关基因显著下调。     

果树代谢组学研究进展

果树代谢组学是继基因组学、蛋白质组学之后又一新兴的组学技术,主要是从代谢水平研究果树整体或局部代谢物变化差异,帮助发现新功能基因和了解代谢网络。目前果树代谢组学研究刚刚起步,相关研究相对较少,该文介绍了果树代谢组学的主要研究内容与方法以及在果树上的相关应用。     

不同基因型苦荞幼苗对低磷胁迫的响应

采用沙培法,以4个不同耐低磷苦荞(Fagopyrum tataricum(L.) Gaertn)品种为材料,设正常磷处理(P1,2 mmol/L对照)、低磷胁迫(P2,1 mmol/L)和极低磷胁迫(P3,0.2 mmol/L) 3个处理,研究低磷胁迫对苦荞苗期农艺性状、生理生化指标以及植株磷利用的影响。结果显示:(1)低磷胁迫下,苦荞苗期株高、茎粗、叶面积、地上部干重、根系干重、根系平均直径、根系表面积、根系体积等指标均有所下降;主根伸长、根冠比有所升高,但不同品种的升降幅度有所不同。(2)低磷胁迫使苦荞叶绿素含量、可溶性蛋白含量和根系活力均有所下降,根系的SOD活性、POD活性、酸性磷酸酶活性、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量显著增加,且表现为耐低磷苦荞品种的增幅大于不耐低磷苦荞。(3)低磷胁迫使苦荞植株全磷含量和单株磷积累量下降,却使磷利用效率升高。研究结果表明耐低磷品种通过主根伸长下扎以及分泌较多的酸性磷酸酶,合理吸收与利用土壤磷素,通过保持叶片较高的叶绿素含量维持较强的光合能力,通过保持较高的抗氧化酶活性降低膜脂过氧化伤害,最大程度的适应低磷环境。     

闽楠容器苗各器官生物量的分配格局及水分特征研究

以1.5年生闽楠(Phoebe bournei)容器苗为研究对象,揭示其在不同高度阶段各器官的含水率及生物量的分配格局,为闽楠的培育及利用提供理论依据。研究表明：①随着高度的增加,闽楠容器苗的生物量及各器官生物量也随之增加,各器官生物量分配大小表现为根生物量＞叶生物量＞茎生物量＞枝生物量;其中茎生物量分配随着高度的增加而增加,叶生物量分配则是随着高度的增加呈现先增加后减少的变化曲线,根生物量分配随着高度增加而先减少后增加。苗高与基径,树高、基径与叶、干、根、茎（干+枝）生物量以及地上、地下和单株生物量都具有极显著相关关系;树高、基径与枝生物量相关关系不显著;②高度为20~25 cm的闽楠幼苗其茎、叶的含水率达到最大峰值50%,其变化曲线相对比较平稳,而幼苗高度处于35~45 cm时根部含水率的最大峰值是61%,变化曲线振幅相对较大;③植株根含水率与茎、叶、地上生物量积累呈显著正相关,而叶含水率则与植物各器官生物量呈显著负相关。     

枫香叶片变色期全长转录组测序及分析

枫香因其树形优美,入秋后叶色红艳或橙黄,极具观赏价值,是优良的景观生态树种。为了解枫香叶片变色及其次级代谢过程的遗传基础,该文以枫香5个叶片变色期叶片混合样品为材料,利用单分子实时测序技术(PacBio平台)对其进行全长转录组测序。结果表明:(1)全长转录组测序共获得41.04 Gb的高质量数据,从中鉴定出全长非嵌合序列563 180条,通过聚类和去冗余,获得27 269条高质量全长转录本。在27 269条全长转录本中预测到2 035条长链非编码RNA(lncRNA),并检测出14 892个简单重复序列(SSR)位点和1 856个转录因子。(2)基因注释结果表明,NR、GO、COG、KEGG 等8个数据库共注释了24 857条转录本,KEGG数据库共获得了124个条代谢途径,主要有核糖体、碳代谢、氨基酸生物合成等,在类黄酮和叶绿素代谢途径中分别有49和71个转录本参与。上述结果初步揭示了枫香叶片变色期转录组信息以及功能特性,为后续研究枫香叶片变色分子机制、色素代谢合成途径和调控、相关功能基因克隆以及叶色改良提供基础数据。     

Isolation and functional characterization of a novel gene coding for flavonoid 3′-hydroxylase from globe artichoke

Globe artichoke (Cynara cardunculus L. var. scolymus) is rich in flavonoids which contribute to its health-promoting properties. With the aim of understanding the genetic control of flavonoid accumulation in artichoke, we isolated an artichoke full-length cDNA sequence encoding flavonoid 3′-hydroxylase (F3′H), a major enzyme of the flavonoid hydroxylation pattern. In silico studies confirmed that the deduced amino acid sequence of CcF3′H is highly similar to F3′Hs isolated from other Asteraceae. The Northern blot analysis demonstrated that CcF3′H was highly expressed in leaves and in specific parts of the heads. Its expression differed slightly among artichoke cultivars. The overexpression of CcF3′H in tobacco plants led to the accumulation of flavonoids and to an increase of flower colour intensity, thus identifying CcF3′H as promising candidate for genetic engineering. CcF3′H represents the first structural gene of the flavonoid biosynthesis isolated from C. cardunculus, and its characterization sheds light on the accumulation of flavonoids.     

盐胁迫对空心莲子草生长和光合作用的影响

用NaCl浓度为0(对照)、50、100、150、200、250、300、350mmol/L处理空心莲子草[Alternantheraphiloxeroides(Mart.)Griseb]。结果表明:盐胁迫下,植株鲜重、干重和根冠比都下降,含水量和肉质化程度先略高于对照,而后逐渐下降;根、茎和叶中Na 含量呈上升趋势,而K 含量呈下降趋势,且在同一浓度的盐处理下,叶的Na 和K 含量最高,茎的次之,根的最低;游离氨基酸(free amino acid,FAA)逐渐减少,脯氨酸(proline,Pro)含量先略低于对照,而后则急剧上升,可溶性糖含量(soluble sugar,SS)的变化正相反;净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、气孔导度(stomatal conductance,Gs)和蒸腾速率(transpirationrate,Tr)呈下降趋势,胞间CO2浓度(intercellular CO2concentration,Ci)呈上升趋势;膜稳定性呈下降趋势。因此,空心莲子草是一种盐生植物,且最适盐浓度较低;Na 主要积累在地上部的茎和叶中。推测它有可能向盐渍土壤蔓延。