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。     

基于PacBio平台的紫娟茶树全长转录组分析

紫娟(Camellia sinensis var. Asssamica (Masters) kitamura)是珍稀茶树种质的典型代表,其叶片色泽呈现紫色,富含花青素、儿茶素以及黄酮等活性成分。为探讨紫娟茶树叶片呈色以及次级代谢过程的遗传基础,以紫娟茶树为材料,采用Pac Bio平台进行全长转录组测序,最终获得Polished consensus序列205 911个。在NR数据库有163 519个同源序列比对到914个物种;有99 503个在KOG数据库得到注释,根据其功能分为26类;有76 829个得到GO注释,分为细胞组分、分子功能及生物学过程等3大类的54个功能组;根据KEGG数据库,109 748个被注释到216个代谢途径分支,其中氨基酸代谢的7 731个、类黄酮生物合成的有644个、单萜的合成的有57个、萜类化合物骨架生物合成487个、黄酮和黄酮醇的生物合成的有88个、花青素合成1个;同时预测到CDS有199 245个、转录因子有6 838个;此外,还检测到了180 293个SSR位点,其中以单碱基重复最丰富有103 535个,其次是双碱基43 240和三碱基30 883。本研究结果为开展紫娟茶树叶片呈色机理以及花青素、黄酮类等物质合成途径与调控机制和特异性状基因的标记性引物开发提供重要的数据支持。     

基于转录组数据的杜仲红叶性状SSR分子标记分析

对‘华仲12号’杜仲的幼嫩叶片（绿色）和成熟叶片（红色）及‘华仲11号’杜仲成熟叶片（绿色）进行转录组测序,进行测序数据的拼接和组装,且对转录组获得的基因（Unigenes）进行SSR分析。研究得到54 517条平均长度为806.90 bp的Unigenes,其中25 993条Unigenes在Nr、Swiss-Prot、KEGG和COG蛋白数据库获得功能注释,占所有Unigenes的47.68%。参照KEGG数据库,可将注释到的6 910条Unigenes划分到122个代谢途径分支,其中花色苷代谢途径相关酶基因39个,类黄酮代谢途径38个,类胡萝卜素合成途径34个。54 517条Unigenes中共包含17 010个完整型SSR位点,占总SSR位点的96.28%。完整型SSR位点共包含67种重复基元,其中出现频率最高的重复基元类型为单核苷酸重复中的A/T （7 747个）,其次是AG/CT （5 039个）和AT/AT （850个）从花色苷代谢途径、类黄酮代谢途径及类胡萝卜素代谢途径中共找到13个SSR位点。为今后杜仲遗传多样性分析、遗传图谱构建及杜仲红叶性状分子标记开发等方面奠定了分子基础。     

基于高通量测序的辽东栎转录组学研究

应用Illumina Solexa Hiseq 2000高通量测序技术对辽东栎的芽、花、叶及果实的混合样品进行转录组测序,结果共获得3.8 Gb的有效数据。应用Trinity软件对有效序列从头拼接去重复后,共获得95 800条unigene,总长度为73.57 Mb,最大长度、平均长度和N50分别为11 284 bp、768 bp和1 373 bp。利用Blastx与公共数据库Nr和Swiss-Prot的同源性比较(E值1×10-5)发现,38 163条unigene未发现与公共数据库中的序列具有同源性。通过KEGG数据库中参与淀粉合成与代谢的pathway分析,共发掘出67条参与淀粉合成的unigene,编码9个关键酶。此外,在13 380条unigene中共搜索到15 901个SSR位点,其中二核苷酸和三核苷酸的重复类型占所有SSR位点的98.16%。     

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。     

藏茵陈基源植物皱边喉毛花的全长转录组信息分析

皱边喉毛花为藏药藏茵陈基源植物之一,其包含丰富的药用成分。为进一步了解皱边喉毛花转录组,丰富其基因注释、代谢通路等遗传信息,该研究利用PacBio测序平台对皱边喉毛花叶片进行全长转录组测序。结果表明:(1)全长转录组测序共获得17 Gb的高质量数据,对795 698 个CCS序列进行聚类和去冗余,最终获得87 814 条高质量的全长转录本。(2)与7个数据库比对后,共有277 451 条转录本注释成功,其中注释到NR数据库的转录本最多,有39 214 条。26 396 条转录本成功注释到KOG数据库中,共有26 个子类。39 104 条转录本注释到KEGG数据库中,涉及6 个主要通路和40 个子通路。39 102 条转录本注释到GO数据库中,按分子功能、生物学过程和细胞成分3大类对注释成功的转录本进行分类。(3)SSR分析共鉴定到22 861 个SSR,其中单碱基重复最为丰富; 共检测到1 874 个转录因子和15 166 个长非编码RNA(LncRNA),而注释到转录本最多的转录因子家族是C3H。(4)筛选出55 条与单萜类及黄酮类化合物合成相关的转录本。该研究结果丰富了皱边喉毛花的转录组信息,为进一步筛选皱边喉毛花药用成分合成相关的关键基因提供了重要的遗传资源。     

文冠果果实转录组测序及分析

为了研究文冠果果实转录组中功能基因表达情况,采样RNA-seq技术对文冠果不同发育时期果实进行测序分析。结果显示:两个时期样品材料测序组装后共获得68 298个Unigene序列,有24 691个Unigene得到注释,占36.15%;GO数据库注释显示14 766条Unigene分为细胞组分、分子功能及生物学过程3大类54个功能组;KOG数据库中注释到的13 994条Unigene功能系统分为25类;以KEGG代谢途径数据库为依据,可将8 284个文冠果果实转录组Unigene分为127个代谢通路;在文冠果果实转录组中发现11 732个SSR位点,其中最多的为单核苷酸SSR,占60.85%。本研究为文冠果果实分子生物学研究提供了一定的基础和参考。     

扇贝“渤海红”与墨西哥湾扇贝转录组SSR信息分析及unigene功能注释

墨西哥湾扇贝是中国南方海域养殖的重要经济贝类,由于连续累代养殖,种质退化严重,扇贝“渤海红”为山东省近几年培育的国家级新品种,性状优势明显。课题组从北方引进扇贝“渤海红”拟与南方墨西哥湾扇贝进行育成杂交,创新墨西哥湾扇贝种质资源。本研究利用MISA软件对两种扇贝转录组测序获得的unigene序列进行检索,开发SSR标记,同时对SSR位点的生物学信息进行分析,对含SSR的unigene进行功能和KEGG代谢通路注释,并利用primer5软件设计SSR引物。结果显示:扇贝“渤海红”转录组中平均8.27 kb出现1个SSR,出现频率为0.11,检索到的11 512个SSR分布于9 681条unigene上,涉及到137种重复基元,二核苷酸SSR数最多(5 469),占比为46.66%,其次是单核苷酸(4 039),占比为34.46%。墨西哥湾扇贝转录组中,共发现12 241个SSR位点,分布于10 362条unigene序列上,平均8.78 kb出现1个SSR,出现频率为0.10,共包含140种重复基元,SSR重复类型以二核苷酸为主,占SSR总数的45.61%。两种扇贝转录组SSR的重复次数主要集中在5～10次。A/T、AT和ATC/ATG分别是单核苷酸、二核苷酸和三核苷酸的优势重复基元。两种扇贝转录组中共筛选出33个含SSR的生长相关unigene,且被注释到KEGG代谢通路的含特异SSR的unigene全部富集在新陈代谢和遗传信息处理两大一级通路中。两种扇贝SSR标记的开发,为杂交双亲遗传差异分析、杂交子代鉴定和杂种优势预测等奠定了分子辅助育种基础。     

红豆越橘幼叶转录组高通量测序及生物信息学分析

红豆越橘是一种新兴水果,具有较高的营养及食疗药用价值。本研究利用高通量测序技术对野生红豆越橘的幼叶转录组进行了测序,并对测序数据进行生物信息学分析。总共获得大约2 G的纯净数据,拼装了48 736条Unigenes。GO数据库注释到的Unigenes分别涉及到生物学过程、细胞成分及分子功能相关的共43种生理代谢功能;18 728条Unigenes能被KOG数据库注释,共涉及25条代谢通路;8 321条Unigenes能被KEGG数据库成功注释,共涉及到5个功能大类、20个功能中类、123条代谢通路;30 467条Unigenes可被Nr数据库注释;21 551条Unigenes可被Swissprot数据库注释;以上4个数据库共注释到30 545条Unigenes,占全部Unigenes的62.67%;被以上4个数据库均注释到的Unigene为6 075条,占全部Unigenes的12.47%。同时,生物信息学分析还显示:全部Unigenes中,有5 197条Unigenes编码转录因子,涉及57个家族;2 747条Unigenes编码抗性基因,涉及19个家族。共检测到8 099个SSR位点,其中2碱基重复的SSR位点达5 791个,占SSR位点总数的71.52%。以上研究结果对了解红果越橘的生长发育、生理生化等分子机制,对进一步进行红豆越橘分子方面的相关研究均具有较强的参考价值。     

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。     

三裂叶薯SPL基因家族鉴定、表达及miR156的调控分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)是一类广泛存在于植物中的转录因子,均含有一个高度保守的SBP结构域(SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN)。本研究通过SBP结构域的隐马尔可夫模型、Blastp、CDD和SMART等程序从栽培甘薯的二倍体近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba L.)全基因组中鉴定出26个SPL基因家族成员。它们不均匀分布于三裂叶薯的12条染色体上。利用系统进化分析将新鉴定的26个三裂叶薯ItbSPL基因和来源于苔藓植物、单子叶植物、双子叶植物的116个SPL基因构建进化树,并根据拟南芥AtSPL基因家族的分类标准将26个ItbSPL基因家族分为7组。GSDS 2.0基因结构和MEME 4.12.0保守基序分析表明,不同进化分支中的ItbSPL基因的外显子/内含子数目及其蛋白基序组成差异明显。利用拟南芥中已知功能的SPL对ItbSPL基因的功能进行预测,发现三裂叶薯ItbSPL家族基因成员可能与植物开花、逆境胁迫、次生代谢产物等生物学过程相关。通过预测microRNA156(miR156)的作用位点发现,在26个ItbSPL基因中14个含有miR156的作用位点,其中13个ItbSPL基因具有PCR扩增产物。利用qRT-PCR检测13个候选靶基因及miR156在三裂叶薯叶、茎、根中的表达量,发现13个ItbSPL均在茎中的表达量最低,显著低于叶与根中的表达,而miR156则在茎中的表达量最高,在根中的表达量最低,初步推测这13个ItbSPL是miR156的靶基因。以上研究结果为六倍体栽培甘薯SPL基因家族成员的鉴定、进化分析及功能研究提供了方法和基础。     

小鼠正常黑色素细胞与黑色素瘤细胞(B16)mRNA表达差异分析

黑色素瘤是一种高侵袭性的恶性皮肤肿瘤,转移率高、预后差。研究黑素瘤细胞生物学特性对黑素瘤的治疗和控制具有重要的意义。本研究以C57BL/6J小鼠的正常黑色素细胞及B16黑色素瘤细胞为研究对象,采用二代测序技术分析两种细胞间的转录组表达差异,筛选差异基因,为后续黑色素瘤的形成机制研究提供理论依据。采用差异倍数及错误率分析测序数据,鉴定出1 436个新的mRNA和4 086个差异表达的已知mRNA。GO数据库和KEGG数据库分析显示,差异表达的mRNAs参与了149个调控途径,主要集中在疾病调控、细胞周期调节和环境信息调控方面。qRT-PCR及Western印迹检测发现,调节细胞增殖、迁移的Pdgf-B、Integrinβ1和Integrinβ5以及调节黑色素颗粒增加的Mitf、Tyr、Tyrp1和Tyrp2在B16细胞中的表达量显著高于在正常黑色素细胞中的表达。本研究获得的差异基因为后续黑色素瘤的研究提供了新的候选基因。     

施肥和降水对生土熟化的影响

农业生产中常采用深耕、秸秆还田和施用土壤改良剂等措施促进生土熟化。本研究旨在探索施肥与降水配合对生土棉花根、苗、土及微生物间的相互影响机制,为不同降水年型下生土作物合理施肥提供科学依据。试验连续3年以黄土母质生土为供试土壤,探讨施肥深度在0～20 cm,施氮肥(N)、磷肥(P)、氮磷钾复合肥(NPK)、有机肥(ORG)以及干旱、平水、丰水三个降水年型下在40～60 cm施ORG和ORG+NPK分别对生土熟化的效果。研究结果表明,生土地0～20 cm施有机肥显著增加棉花杆重、棉桃总重和地上部总重量,施有机肥或含磷肥对生土棉花根际土壤养分、根系养分含量和酶活性有明显促进作用。施有机肥明显改善了土壤微生物多样性和丰富度;相同施肥条件下,降水对土壤熟化的效果至关重要。其中,干旱年和丰水年施有机肥均显著增加棉花产量,在平水年施有机肥和氮磷钾复合肥,干旱年或丰水年单施有机肥能更有效的提高土壤微生物多样性。综合分析得出,生土地快速改良熟化土壤的施肥措施为有机肥加磷肥。结合降水的条件下,加快生土熟化、提高土壤微生物多样性的最佳施肥方式为:平水年配施有机肥和氮磷钾复合肥,干旱年和丰水年单施有机肥。     

高粱抗旱性鉴定方法及相关QTL定位研究进展

高粱[Sorghum bicolor(L.)Moench]是世界上重要的粮食、饲料、纤维和能源作物之一,因其根系发达、叶片蜡质层厚密、渗透调节能力强、光合效率高等特点,在干旱条件下具有很强的适应性。因此,高粱在气候变化、水资源短缺和满足世界粮食需求等方面发挥着重要的作用。干旱是制约世界农业生产的主要逆境因素之一,如何解决高粱在干旱条件下的产量问题仍然是育种工作者面临的巨大挑战。为了给高粱抗旱育种提供参考,本文综述了高粱抗旱性的鉴定方法、鉴定指标和优异抗旱种质资源,以及高粱花前抗旱和花后抗旱相关性状QTL定位的研究进展,并对高粱抗旱性研究的发展趋势提出了展望。认为应建立规模化高粱种质资源抗旱鉴定体系、选择合适的全生育期自然鉴定地点,筛选抗旱种质资源;利用高通量测序技术,高效挖掘高粱抗旱性基因;建立高粱遗传转化体系、运用基因编辑等生物技术,加快高粱抗旱育种进程。     

杜氏盐藻β-酮酯酰-ACP合酶(DsKASⅡ)基因的分离及功能分析

酮脂酰-ACP合成酶Ⅱ(KASⅡ)是催化棕榈酸(16∶0-ACP)延伸为硬脂酸(18∶0-ACP)的关键酶,其活性强弱决定着18碳脂肪酸含量的高低。本文以杜氏盐藻(Dunaliella salina)为试材,分离鉴定杜氏盐藻DsKASⅡ基因编码序列,采用生物信息学工具解析DsKASⅡ酶蛋白的亚细胞定位、高级结构、理化性质及系统发育等特性。检测氮胁迫下的DsKASⅡ表达量,以及藻细胞脂肪酸、叶绿素和β-胡萝卜素的含量。结果表明,DsKASⅡ编码的酶蛋白长度为476 aa,pI为6. 99,含叶绿体靶向肽和较多亲水区。二级结构主要由α-螺旋(22. 48%),β-片层(22. 06%)和无规则卷曲(55. 46%)组成。三级结构预测表明该蛋白整体呈紧密的心形结构,活性酶蛋白为同源二聚体。系统发育分析表明,DsKASⅡ氨基酸序列与莱茵衣藻CrKASⅡ同源性达99%,可能二者有着共同的进化祖先。qRT-PCR揭示,与正常培养的杜氏盐藻相比,DsKASⅡ在氮胁迫条件下的表达量明显上调,第3天时的表达量比正常培养的高4. 5倍。氮胁迫下藻细胞总油脂、油酸(C18∶1)和类胡萝卜素含量显著提高,然而棕榈酸(C16∶0)和叶绿素的含量明显降低。这表明,氮胁迫诱导杜氏盐藻DsKASⅡ基因上调表达,将更多的棕榈酸催化为硬脂酸,进而提高了单不饱和油酸的富集以及类胡萝卜素的积累。本研究为后续进一步解析杜氏盐藻氮胁迫条件下,油脂与胡萝卜素合成积累及藻细胞响应胁迫机制和优质富油藻种培育提供了科学参考。     

出芽短梗霉新菌株RM1603产普鲁兰多糖条件优化及多糖分析

目的:出芽短梗霉RM1603是一株高产胞外多糖新菌株,通过优化其产糖条件,鉴定其多糖结构,为进一步开发利用RM1603产胞外多糖奠定理论基础。方法:以RM1603为出发菌株,在单因素分析确定最佳氮源与无机盐的基础上,利用正交试验探究RM1603最佳发酵产糖条件;薄层层析及红外光谱分析确定胞外多糖产物结构。结果:出芽短梗霉菌RM1603的初始多糖产量为28.91g/L,发酵条件优化后产糖量达到65.213g/L,提高了约2.3倍;结构分析表明RM1603的多糖产物为普鲁兰多糖。结论:出芽短梗霉RM1603是一株具有较大产糖优势,极具开发潜力的高产普鲁兰糖新菌株;奠定了开发利用RM1603生产普鲁兰多糖的理论基础。     

施氮量和土壤灭菌对根结线虫侵染番茄根系的影响

设施蔬菜生产中,根结线虫病害频繁发生,严重威胁了设施蔬菜生产的安全性和可持续性.为了探究氮肥施用量和土壤灭菌对根结线虫侵染番茄根系的影响,采用二因素(施氮量和土壤是否灭菌)二水平完全随机区组设计,进行盆栽试验.施氮量分别为100和300 mg·kg-1,采用γ射线对土壤灭菌或不灭菌.结果表明:未灭菌条件下,与高氮处理相比,低氮处理单位根长和单位根干重的根结数分别减少了42.5%和30.4%,地上部干重和根干重分别增加了43.9%和31.4%,氮素农学利用效率提高4.3倍;对土壤进行γ射线灭菌,有效地消除了根结线虫对番茄根系的侵染,地上部干重增加了31.8%;适当减少氮肥施用量能显著降低根结线虫对设施番茄根系的侵染,促进番茄生长,提高氮素农学利用效率.     

不同品种水稻秸秆的理化特性及酶解产糖的研究

本研究以不同品种水稻秸秆为原料,测定分析了三大主要组分纤维素、半纤维素和木质素含量及理化特性的差异,并分析对比了经碱预处理后酶解及直接酶解的产糖率差异。利用X-射线衍射仪测定分析了结晶度和晶粒尺寸的异同,红外光谱仪定性评估了特定基团的差异,扫描电镜观察分析了表面形态结构的差异。综合考虑理化特性和酶解产糖率结果,与a(常规水稻黄华占)相比,5种不同品种的超级杂交水稻秸秆中,b(杂交水稻Y两优1)、c(杂交水稻隆两优2010)和f(杂交水稻Y两优143)三个品种的秸秆材料比较适合作为酶解产糖的原材料。     

深畦栽培对干旱胁迫下葡萄叶幕微气候和光合作用的影响

试验以‘京亚’和‘红地球’葡萄品种2年生苗木为材料,在田间遮雨棚内考察了自然干旱胁迫下深畦栽植和平畦栽植葡萄根际土壤湿度、叶幕微气候因子、光合作用参数变化特征,探讨根际土壤湿度与叶幕气候互作对葡萄光合作用的影响。结果显示:(1)在干旱逆境下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能通过影响水分条件来影响葡萄的光合作用;土壤湿度阀值是葡萄进行光合作用时水分利用最有效的土壤湿度点值,土壤湿度阀值存在“阀值漂移”现象,与叶幕空气湿度呈明显负相关关系,维持较高的叶幕空气湿度有利于实现在较低的土壤湿度下达到更高的光合效率。(2)在干旱逆境下,与平畦栽植相比,深畦栽植在改善葡萄根际土壤水分和叶幕微气候方面具有明显的优势,在该模式下葡萄具有更强的保水能力和更高的水分利用效率,从而具有更强的光合效率。(3)采用深畦栽植模式时,根际土壤相对含水量30%~50%是显著影响葡萄光合作用的土壤湿度区间;根际土壤相对含水量分别在43.32%~50.00%和40.19%~50.00%是‘京亚’和‘红地球’光合作用适宜的土壤湿度范围,在43.32%和40.19%时分别为2种葡萄光合作用水分利用效率达到最高的最适土壤湿度。研究发现,干旱逆境条件下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能改善葡萄的光合作用效率;深畦栽植葡萄光合作用对土壤湿度的需求较低,在相对较低的土壤湿度即可达到相对较高的光合能力;深畦栽植模式可以协调葡萄光合作用和水分消耗之间的关系,具有较高的水分利用效率和光合能力,是干旱地区进行葡萄抗旱节水生产的理想模式。