干旱胁迫下丹参数字基因表达谱分析

丹参是中国传统大宗药材,具有重要的药用价值,但其品质受干旱胁迫影响较大,而对丹参响应干旱胁迫的应答机制尚不明确。本研究基于数字基因表达谱技术,对干旱胁迫处理后的丹参植株cDNA文库进行了差异基因表达谱分析。分析结果表明,共有5 740条基因受干旱胁迫诱导差异表达,其中1 143条表达上调,4 597条表达下调。Gene Ontology (GO)功能显著性富集分析表明,干旱胁迫应答基因的生物学功能主要集中在催化活性和结合活性中。Pathway显著性富集分析结果表明,上调基因显著富集在黄酮生物合成途径、核糖体途径、苯基丙酸类生物合成途径、半胱氨酸蛋氨酸代谢途径和植物激素生物合成等途径,下调基因则主要富集在鞘糖脂的合成途径、糖胺聚糖降解途径、卟啉代谢和叶绿素代谢途径上。随机抽取9个差异表达基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与EDG检测结果一致。本研究的分析结果有助于进一步了解丹参响应干旱胁迫的分子机制,为干旱应答功能基因的筛选奠定基础。     

鲁氏接合酵母海藻糖耦合发酵过程的转录组差异分析

[目的]为探究鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)在海藻糖耦合发酵过程中适应高温胁迫的基因表达差异及内在代谢调节机制。[方法]采用GC色谱仪和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术对海藻糖耦合发酵过程(无调控阶段、补料响应阶段、补料与中温刺激耦合响应阶段、补料与高温刺激耦合响应阶段)的生物量、胞内海藻糖含量、基因转录序列等指标进行检测。[结果]转录组测序结果显示，与无调控阶段对比，三个调控响应阶段分别筛选得到1717、522、2038个差异表达基因。海藻糖耦合发酵过程中的鲁氏接合酵母细胞差异表达基因主要富集到次级代谢产物的生物合成、核糖体、氨基酸的生物合成等代谢途径上，高温胁迫条件下(海藻糖高速合成过程)分别涉及158、97、58个差异表达基因，次级代谢主要涉及赖氨酸等氨基酸和嘌呤/嘧啶核苷酸，氨基酸的生物合成主要涉及赖氨酸代谢、半胱氨酸和谷氨酸代谢。[结论]通过转录组分析揭示了鲁氏接合酵母主要通过调控次级代谢产物的生物合成与氨基酸代谢来适应高温热激胁迫。     

果生刺盘孢CfHAC1调控应答二硫苏糖醇胁迫的转录组分析

果生刺盘孢Colletotrichum fructicola是油茶炭疽病优势病原菌。前期研究发现bZIP转录因子CfHac1参与调控该菌的生长发育和致病性。为了揭示转录因子CfHac1调控果生刺盘孢响应内质网压力和致病机理,本研究测定了ΔCfhac1突变体对内质网压力胁迫剂的敏感性,发现突变体对二硫苏糖醇（dithiothreitol,DTT）的耐受性下降,说明CfHAC1基因可能参与调控果生刺盘孢响应内质网压力胁迫过程。进一步利用高通量RNA-seq技术对该病菌野生型菌株和CfHAC1敲除突变体菌株在DTT胁迫下的转录组进行了比较分析,结果表明差异表达基因共有2 680个,其中上调表达基因有1 181个,下调表达基因有1 499个。Gene Ontology 功能分析结果显示,差异表达基因主要参与催化活性、结合、代谢过程、细胞过程、细胞成分合成、生物过程调控和应激反应等生物学过程。KEGG功能富集分析表明,上调表达基因主要被富集到核糖体、真核细胞的核糖体生物合成、RNA转运和氰基氨基酸代谢通路中;下调表达基因显著富集在内质网蛋白质加工、N-聚糖生物合成、类固醇合成和蛋白质分泌等通路中。分析发现转录因子CfHac1调控内质网胁迫应答和致病相关基因的表达。本研究提供了在全基因组水平上对CfHAC1基因与内质网压力胁迫应答之间关联的新认识,为阐明果生刺盘孢响应内质网压力胁迫和致病机制奠定了基础。     

大叶杨干旱和水淹胁迫的转录组分析

大叶杨（Populus lasiocarpa）是中国特有的杨属物种,干旱和水淹是影响大叶杨生长和分布范围的两个关键因子。AP2/ERF转录因子家族在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用。本研究采用转录组测序、生物信息学分析手段并结合分子实验验证初步鉴定了参与大叶杨干旱和水淹胁迫响应的关键基因。研究结果显示：（1）在大叶杨中分别鉴定到3,986/385个响应干旱/水淹胁迫的差异表达基因,其中包括237个同时响应干旱和水淹胁迫的差异表达基因。（2）在大叶杨中共鉴定到205个AP2/ERF家族成员,系统发育分析表明其在大叶杨中主要分为5个亚家族,并显著富集于差异表达基因中。（3）筛选部分胁迫前后差异表达的PlAP2/ERF基因进行qRT-PCR实验,经证实这些基因在大叶杨受到干旱/水淹胁迫时均可被诱导表达。综上,大叶杨在水淹胁迫下的差异表达基因数量明显少于干旱胁迫,AP2/ERF基因家族的部分基因参与到大叶杨干旱/水淹胁迫的应激表达过程。     

镧对铜胁迫下水稻转录组模式的调控分析

探究稀土镧对铜胁迫下水稻转录组的影响,鉴定镧在调控水稻铜胁迫应答中的关键基因和功能。利用抗氧化酶活性筛选最适铜胁迫及镧处理浓度,进行转录组测序和差异表达分析,并用qRT-PCR验证差异表达水平。对测序数据进行差异表达分析发现3 222个基因显著上调,3 798个显著下调,qRT-PCR验证了4个细胞壁防御相关基因CHIT13、Laccase、Expansin和GH3.4。功能和通路分析获得95组GO条目和112条KEGG通路,富集于激酶和氧分子结合等分子功能、细胞壁及质膜等细胞组分、次级代谢和脂质代谢等生物学过程以及苯丙烷生物合成和植物激素信号转导通路。镧通过调节细胞壁形成和组分提高水稻铜胁迫耐受性。     

甜高粱响应苏打盐碱胁迫的蛋白质组学分析

为从蛋白质水平揭示甜高粱适应苏打盐碱胁迫的分子机制,以耐性较强的甜高粱品种M-81E为材料,通过双向电泳和质谱技术鉴定差异表达蛋白质并进行生物信息学分析,同时测定苏打盐碱胁迫下植株抗氧化酶系统活性动态变化。结果表明:在处理条件下,所鉴定的44个差异表达蛋白质有30个上调表达,14个下调表达,主要涉及物质和能量代谢、信号转导及转录调控等功能;GO分析表明,差异蛋白质主要参与氧化还原生物学过程;KEGG富集分析表明,差异蛋白质主要参与碳代谢、光合生物碳固定、糖酵解和次级代谢物生物合成等代谢途径;蛋白质间相互作用直接或间接参与各种代谢通路。苏打盐碱胁迫4 h后,处理组SOD和CAT活性显著下降(P0.05),GSH-Px酶活性无明显变化,而POD活性极显著升高(P0.01),并且此时丙二醛和H_2O_2含量较对照组极显著降低(P0.01),推测在胁迫初期POD是清除活性氧的主效酶;各种抗氧化酶在胁迫16 h时活性呈现不同程度下降趋势。当胁迫24 h时,各种酶活性仍显著高于对照组,但丙二醛和H_2O_2含量剧增。     

RNA-Seq揭示Foc4在外源氧化胁迫(H_2O_2)下的基因表达及细胞代谢变化

尖孢镰刀菌古巴专化型4号小种(Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4,Foc4)是香蕉枯萎病的强致病性病原菌。Foc4在侵染香蕉植株早期必须面对寄主的活性氧迸发。【目的】了解Foc4应对外源氧化胁迫的分子机制。【方法】利用Illumina 2500 RNA-Seq测序平台分析了经外源氧化胁迫(H_2O_2)处理的Foc4与对照在转录组水平的基因表达差异。【结果】在外源氧化胁迫条件下,Foc4的生长受到抑制。转录组测序获得了超过2千万条clean reads。进一步的差异基因表达分析以差异倍数FC (fold change)≥2且FDA值≤0.001为选择标准,发现496个基因表达上调,298个基因表达下调。GO功能富集分析显示,429个基因比对到GO功能分析数据库,在这些差异表达基因中,许多与代谢过程、生物调节、细胞过程和刺激应答有关。KEGG通路富集分析显示,有141个表达差异显著基因比对到KEGG中的50条代谢途径。其中,主要是各类氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径。同时也包括与抗氧化胁迫直接相关的代谢途径,包括DNA的损伤修复、类胡萝卜素的生物合成、过氧化物酶体、谷胱甘肽代谢等。【结论】这些结果暗示,为了在强氧化胁迫环境下生存,Foc4细胞从包括直接应对氧化胁迫的信号调控途径在内的物质代谢和能量代谢均发生改变以应对环境变化的胁迫。     

青藏高原不同海拔藏药独一味转录组分析

为了研究独一味(Phlomoides rotata)在不同海拔生境下基因表达差异及响应机制,本研究基于NR、 GO和KEGG等数据库进行差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)的注释,以及功能富集分析,获得独一味的DEGs,以及关联的代谢通路,并对注释获得的药用基因进行系统发育分析。结果显示,不同海拔独一味的DEGs,主要富集到植物激素信号转导、氨基酸的生物合成、萜类等次生代谢生物合成途径。其中,有4个基因在低温胁迫响应中起关键作用;鉴定出3个P5βR基因,其中2个基因编码环烯醚萜合成途径中的关键酶。系统发育结果显示,P5βR基因亚家族聚为两个分支(P5βR clusterⅠ和P5βR clusterⅡ)。本研究在转录组水平上发现独一味主要通过多种代谢途径,以及关键基因的调控表达来适应青藏高原高海拔生境。本研究为独一味不同海拔适应机制及独一味耐寒育种提供了数据支撑,为P5βR基因亚家族和环烯醚萜类生物合成的研究奠定基础。     

烟草幼苗响应弱光胁迫的转录组分析

为了研究烟草幼苗对弱光胁迫反应的分子机制,以'云烟87'为材料,构建全光照和弱光处理条件下大十字期烟苗cDNA文库,利用Illumina测序技术进行转录组测序,筛选差异表达基因.结果表明:借助RNA-seq技术共筛选到2 956个DEGs,其中弱光相对于全光照表达上调的DEGs有691个,表达下调的DEGs为2 265个;通过GO功能分类和KEGG富集分析,将差异基因划分为30个功能类别和113个代谢途径,包括代谢进程、碳水化合物结合、核酸结合转录因子活性、水解酶活性、转录因子活性、催化活性、内质网蛋白质加工、植物-病原体互作、苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代谢、胁迫反应、激素信号转导以及光合作用等.本研究将为揭示烟草对弱光胁迫反应的分子机制提供理论依据.     

沙冬青响应非生物胁迫的转录因子基因鉴定与分析

以沙冬青[Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.)Cheng f.]幼苗为实验材料,对其转录组进行测序,筛选出质量体积分数18%聚乙二醇6000模拟干旱胁迫下差异表达的转录因子基因;在此基础上,对干旱胁迫下差异表达bHLH转录因子的系统进化关系以及干旱胁迫和100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫下差异表达bHLH基因的表达模式进行分析。结果表明:沙冬青中存在49个转录因子基因家族,共包含1 575个转录因子基因。干旱胁迫下沙冬青地上部有44个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中33个转录因子基因上调表达,11个转录因子基因下调表达;地下部有57个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中50个转录因子基因上调表达,7个转录因子基因下调表达。沙冬青响应干旱胁迫的差异表达转录因子基因主要分布于AP2-EREBP、MYB、WRKY、NAC和bHLH基因家族。沙冬青地上部和地下部表达量上(下)调2~5、5(含5)~10(含10)及10倍以上的差异表达转录因子基因数分别为28、7和9个,以及11、27和19个。聚类分析结果显示:沙冬青6个差异表达bHLH基因编码的氨基酸序列与拟南芥[Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.]bHLH基因编码的氨基酸序列有不同程度的相似性。干旱胁迫和NaCl胁迫下,沙冬青6个差异表达bHLH基因的表达受到不同程度的诱导。本结果为研究非生物胁迫过程中沙冬青调控机制提供了大量的转录因子基因资源。     

基于转录组的不同火龙果品种抗性差异分析

不同的品种抗性不同,为进一步探究不同火龙果品种之间的抗性差异,为后续火龙果抗性育种提供参考,该研究利用Illumina HiSeq 2000测序平台对'普通白肉'(BR)和'厄瓜多尔黄龙'(EY)两个品种进行转录组测序分析,并参考GO Ontology、KEGG等公共数据库对差异表达基因进行功能分类与富集分析.结果表明...     

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。     

干旱胁迫下转基因甘薯块根膨大期水分利用效率和生理代谢特征

以转Cu/Zn-SOD和APX基因及其非转基因甘薯进行盆栽试验,在甘薯块根膨大期进行正常供水(田间最大持水量的80%)、中度缺水(田间最大持水量的60%)和重度缺水(田间最大持水量的40%)3种水分处理,分别测定转基因植株和对照植株在薯块膨大期的第20天和第70天的抗氧化酶系统、可溶性糖含量、光合系统之间的差异,以及在不同水分胁迫处理下产量和水分利用效率之间的差异。以此研究外源基因的超表达是否可以提高甘薯的产量及水分利用效率。结果显示:(1)转基因甘薯(TS)的SOD、APX活性以及可溶性糖含量均高于非转基因对照株(NT),但POD活性低于NT;TS和NT植株的APX活性、可溶性糖含量、净光合速率以及蒸腾速率均随干旱胁迫加重呈递减趋势。(2)干旱胁迫70d时,TS和NT植株光合参数均较胁迫20d时降低,且TS和NT间的净光合速率没有明显差异。(3)TS和NT两株系的块根产量在中度胁迫下最高而在重度胁迫下最低,而TS具有较高的块根产量且在重度胁迫下产量降低幅度较小。(4)TS的气孔导度和蒸腾速率显著低于NT,且TS的水分利用效率较NT更高。研究表明,Cu/Zn-SOD和APX基因可以显著增加干旱胁迫下甘薯块根膨大期的SOD、APX活性和可溶性糖含量,提高其水分利用效率,从而减轻干旱胁迫对产量的影响。     

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。     

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。