基于油桐种子3个不同发育时期转录组的油脂合成代谢途径分析

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。文章采用RNA-seq技术对油桐种子油脂合成的3个不同时期的转录组进行比较, 获得了大量差异表达的Unigene序列。在此基础上, 通过GO分类和Pathway富集性分析将这些差异表达Unigene归类于128个代谢途径, 其中包含与油脂合成相关的脂肪酸生物合成和甘油磷脂代谢途径。桐酸经脂肪酸生物合成途径合成后通过甘油磷脂代谢途径以桐油的形式贮存。将这两个代谢途径的Unigene序列在KEGG数据库中进行比对, 获得了一些关键酶的同源蛋白质。文章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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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．     

不同品种桂花转录组分析及桂花精油成分差异的初步探讨

为丰富桂花转录组数据信息,阐明不同品种桂花精油合成的分子差异,本研究选择三种不同品种桂花,通过Illumina Hiseq2000平台测序,总计产出14.4G数据,三个品种的桂花样品共获得70029个Unigene序列,平均长度762 nt,N50达到1183 nt。通过Unigene的表达差异分析与通路富集分析,发现与桂花精油物质合成途径有关的差异基因主要注释在二萜合成、萜类骨干化合物合成、单萜合成、倍半萜与三萜合成、苯丙烷类合成、苯丙酸类代谢、亚麻酸代谢以及亚油酸代谢8个通路中。而三种桂花差异基因均显著富集的通路则注释在苯丙烷类合成、苯丙酸类代谢、二萜合成以及萜类骨干化合物合成通路,共获得650个编码精油物质合成途径中54个差异酶的差异基因。本研究建立了以金球桂、白洁和日香桂为代表的桂花转录组数据库。通过转录组分析,确定了不同品种桂花精油物质合成差异的表达途径,初步分析了转录组数据库中与精油物质合成途径相关的差异基因。本研究将为桂花精油成分代谢调控及体外表达提供依据。     

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。     

朝仓花椒幼芽转录组测序数据组装及基因功能注释

采用2代Illumina Hi-Seq测序技术对朝仓花椒雌株结果期幼芽的转录组进行测序,构建了转录组数据库,获得49 672 080条Clean Reads数据,包含总长度为4 967 208 000 nt序列数据信息;经拼接组装,获得转录组基因信息长达55 902 243 nt的176 407个Contig片段,再通过进一步拼接,共获得平均长度为878 nt的96 475个Unigene片段。与Nt、Nr、Swiss-Prot、COG、GO、KEGG等数据库进行BLAST信息比对(E-value艽10-5),共获得68 315个注释基因,以及62 150个表达序列标签(EST)。与NR数据库比对,发现花椒转录组基因序列与同科柑橘属的甜橙(Citrus sinensis)和克莱门柚(Citrus clementina)具有较高的同源性,分别为43.96%及41.86%,与其他物种的同源性较低,均不足10%;可将花椒转录组的Unigene的功能通过与COG数据库进行注释比对划分为25类;根据GO数据库的注释,可将其分为生物过程、细胞组分和分子功能3大类共55分支,根据与KEGG数据库的比较分析发现朝仓花椒的转录组数据中含有代谢通路相关基因128类,其中包括多种化合物的代谢途径和次生代谢产物的生物合成途径,其中有较多的次生物质代谢途径,如萜类化合物生物合成途径、黄酮类生物合成代谢途径以及花青素的生物合成途径等。     

中国板栗EST-SNP和抗栗疫病候选基因分析及同源比对

从壳斗科基因组数据库下载中国板栗的Unigene序列和基于这些Unigene序列开发获得的EST-SNP数据,分析发现,中国板栗EST-SNP的发生频率为4个/kb,在碱基置换类型上,C-T置换发生的频率最高,C-G置换发生频率最低,转换和颠换的比值为1.74∶1.对211个在中国板栗健康组织和感染栗疫病的染病组织中差异表达的基因进行基因注释和蛋白质结构域分析,结果表明,参与蛋白质代谢、对胁迫、生物和非生物刺激发生响应的基因所占的比例较多,并发现了大量的跨膜结构、信号肽、卷曲螺旋和蛋白激酶相关结构域.对这211个中国板栗抗栗疫病相关的候选基因和其Unigene序列进行同源比对,统计整理定位在具有同源性的Unigene序列上的EST-SNP,共有3023个EST-SNP标记.这批EST-SNP标记可为今后开展基于候选基因途径的中国板栗抗栗疫病居群基因组学研究和关联作图研究奠定重要的基础.     

植物ω-7脂肪酸的系统代谢工程

ω-7脂肪酸（C16：1△9,C18：1△11,C20：1△13）,特别是棕榈油酸（C16：1△9）具有重要的工业、营养和医药价值。这些珍稀脂肪酸大多在一些野生植物的种子中合成,不能商业化生产。对普通油料作物的油脂代谢途径进行遗传修饰,使其种子大量合成并积累ω-7脂肪酸,已成为生物技术和可再生资源研究的一个热点领域。基因操作的主要靶标包括：不同来源的△9脱氢酶的应用、提高底物（C16：0）的浓度、共表达质体型和内质网型？9脱氢酶以及代谢物流的优化等。该文在解析ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控网络的基础上,重点论述了ω-7脂肪酸代谢工程的技术策略、研究进展和存在的问题,并进一步讨论了油脂物组学和转基因组学等组学技术在鉴定参与ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控的特异基因和优化油脂代谢工程设计上的应用前景。     

微藻(Chlorella sorokiniana)的转录组分析:油脂生物合成相关的途径解析和基因挖掘

【目的】为了构建和改造产油微藻(Chloralla sorokiniana),需要从基因组水平解析脂肪酸、三酰甘油、淀粉等生物大分子的合成和降解途径,并分析和确定其中的重要基因。【方法】本研究选取了初始氮浓度分别为KNO3∶8g/L和KNO3∶2 g/L的培养条件培养微藻C.sorokiniana,培养至84h收集藻细胞进行Illumina Hiseq2000双端测序,利用Trinity进行de novo拼接,得到的转录本通过Nr数据库、UniProtKB/Swiss-Prot数据库、COG数据库进行功能注释及分类,通过KEGG数据库进行相关代谢途径注释。最后利用RSEM计算每个转录本的RPKM值,并对相关代谢途径中的转录本的表达差异进行了初步分析。【结果】Illumina Hiseq2000双端测序共获得49M 100 bp的raw reads,de novo拼接得到49885个转录本,其长度范围在300bp到14100bp之间,N50为1941 bp。其中26479个转录本成功注释到功能,2357个转录本注释到了EC编号,利用这些转录本注释到207条代谢途径。在此基础上构建了C.sorokiniana的脂肪酸、三酰甘油、淀粉等生物大分子的合成及降解途径。并初步确定了代谢途径中基因的上调及下调水平。【结论】通过RNA-seq分析实现了对非模式藻株C.sorokiniana的基因组解析,在此基础上构建了脂肪酸、三酰甘油、淀粉的生物合成和降解途径及重要基因,所构建的代谢途径与模式藻株莱氏衣藻是一致的,并比较了相关途径中的基因的表达差异,这些信息有助于将来对微藻进行遗传改造提高其产油能力。     

锥栗种仁转录组及淀粉和蔗糖代谢相关酶基因的表达分析

本研究采用高通量测序技术对淀粉积累高峰期的锥栗种仁进行转录组测序分析,对得到的Unigene进行功能注释、分类及代谢通路分析,并进一步通过实时定量PCR方法分析了7个与淀粉和蔗糖代谢相关酶基因在锥栗种仁发育过程中的表达特征。结果显示:de novo组装后共获得53629条Unigene序列,序列平均长度为746 bp;通过与其他核酸、蛋白质数据库的Blast搜索比对,共26739条Unigene序列获得基因注释,占All-Unigene的49.86%;与COG数据库比对后将其注释的14413条Unigene序列划分成25类;GO功能注释的33926条Unigene基因共分成细胞组分、分子功能和生物过程3大类58个分支;与KEGG数据库比对结果注释的5277条Unigene序列划分为116条代谢通路;7个与淀粉和蔗糖代谢相关酶基因表达量变化趋势中,CH.29636(淀粉合成酶,SS),CH.11971(淀粉分支酶,SBE)两个基因随着种仁的发育呈现逐渐上升的趋势,而其余5个基因(CH.31302、CH.33690、CH.19238、CH.30128、CH.13088)表达量随着种仁的发育呈先上升后下降的趋势,该结果与锥栗种仁发育期淀粉和蔗糖的变化规律一致。这些信息为锥栗果实品质形成相关功能基因的研究提供了重要依据。     

黄秋葵果实转录组测序及分析

为了研究黄秋葵果实转录组中功能基因的表达情况,采用RNA-Seq技术对3份黄秋葵果实进行测序分析。结果显示,3份测序材料组装后共获得了77 476个Unigene序列,有61 891个Unigene在4大数据库中得到注释,占79.88%;以KEGG代谢途径数据库为依据,可将13 336个黄秋葵果实的Unigene分成128个代谢途径;在黄秋葵果实转录组中发现3 830个SSR(Simple Sequence Repeats)位点,分布在3 569条Unigenes中,发生频率为4.61%。     

发菜RNA-seq转录组分析及耐旱相关基因筛选

发菜是一种陆生耐旱固氮蓝藻,具有重要的生态和资源价值,但目前发菜的基因组和转录组信息还比较缺乏。本研究采用Illumina Hi Seq TM 2500高通量测序平台对充分吸水和失水后的发菜藻体进行转录组分析,经过拼接组装共获得30 013 560条clean reads,3 100个Unigene,序列平均长度854 nt。将Unigene序列与NR、NT、Swiss-Port、PFAM、GO、COG、KEGG(E-value1.0E~(-5))等数据库进行比对,共有2 874个Unigene获得了注释。通过GO功能分类,917个Unigene映射到GO不同功能节点上;通过Unigene与COG数据库的比对,可将有COG功能的514个Unigene分为20类;通过KEGG pathway分析,有1 220个编码基因参与了135条已知的代谢通路。提示谷胱甘肽、类胡萝卜素、淀粉和蔗糖、ABC转运体等代谢途径的部分基因在失水藻体上调表达,说明这些通路与发菜耐旱性关系密切。因此这些注释信息为今后发菜耐旱基因的挖掘提供了重要依据,同时也为发菜分子生物学的进一步研究提供了试验基础。     

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。