吸水和干燥条件下发菜核糖体代谢差异表达基因分析

为解析发菜吸水和干燥条件下的基因差异表达规律以及发菜适应“干 湿”水分节律调控机制,该研究以充分吸水发菜藻体为对照组,干燥状态下的发菜藻体为处理组,采用高通量Illumina HiSeq PE150测序平台结合生物信息学分析方法对发菜吸水和干燥条件下的差异表达基因进行分析。结果显示：(1)发菜吸水和干燥条件下共鉴定到差异表达基因3 383个,其中显著上调和显著下调表达的基因数分别为1 767个和1 616个。(2)GO功能富集分析发现,在吸水和干燥条件下发菜差异表达基因主要富集在蛋白质合成与代谢等相关途径中;KEGG显著性富集分析发现,吸水和干燥条件下发菜有46个差异表达基因被显著富集到核糖体代谢途径,且均为显著上调表达,这些基因可能参与发菜对干旱胁迫的响应。(3)随机挑选6个被显著富集到核糖体代谢途径的基因进行qRT PCR分析发现,其基因相对表达量与转录组测序结果一致。研究表明,发菜在干燥条件下可能通过激活核糖体代谢特定基因表达帮助抗旱相关的蛋白质的合成和正确折叠、并参与渗透调节等重要生理活动进而调控其适应干燥环境条件。     

水稻黄绿叶突变体研究进展

叶绿素是植物光合作用的重要色素,叶绿素的合成决定植物的光合效率,并且直接影响作物的产量和品质。叶绿素的合成及分解代谢是一个非常复杂的过程,在此过程中有较多的基因参与,其中任何一个基因发生突变都有可能影响叶绿素的合成及分解,从而使叶片表现出各种叶色变化或者会影响植物的生长。叶色突变体研究是探明叶绿体发育过程中基因功能的有效途径。因此,发掘和鉴定叶色突变基因,开展与叶绿素相关基因的定位、克隆及功能研究均具有重要的理论意义和应用价值。综述了水稻黄绿叶突变体的研究进展,旨在为研究水稻叶绿素生物合成途径和光合作用机制提供理想的材料,同时还可作为标记性状在杂种优势中进行利用。     

巴氏蘑菇子实体不同发育阶段的转录组分析

为探讨巴氏蘑菇子实体不同发育阶段基因的表达情况,本研究对巴氏蘑菇子实体不同发育时期（原基、采收期和开伞期）进行转录组测序,以本实验室已获得的巴氏蘑菇JA菌株的不育单孢菌株JA-15036基因组为参考基因组研究原基与采收期及开伞期样本间差异表达基因,并对差异表达基因进行了GO功能和Pathway富集分析。GO功能分析结果显示,差异表达基因主要富集在跨膜转运、碳水化合物代谢途径和膜组分,它们协同调控为子实体生长发育提供稳定的内环境。KEGG富集分析结果表明,原基期上调的差异表达基因主要富集在核糖体蛋白和DNA复制,表明原基期细胞代谢旺盛,其中核糖体蛋白基因上调为后期蛋白质合成提供重要场所;采收期和开伞期子实体时期差异表达基因主要富集在碳水化合物代谢、脂肪酸降解和氨基酸代谢等途径,为巴氏蘑菇子实体的生长发育与成熟提供营养与能量。     

拟南芥不定芽发生早期的数字基因表达谱分析

目前,有关不定芽发生的研究主要集中在单基因的调控方面,缺乏转录组方面的系统研究.利用RNA-seq高通量测序技术在全基因组范围内检测了不定芽发生早期的基因表达谱,共检测到2457个差异表达基因.这些基因参与了激素代谢和信号转导、愈伤组织和侧根的形成、茎顶端分生组织的发育和光合作用等过程.进一步的途径富集分析表明,不定芽发生早期苯丙氨酸代谢和苯丙胺素合成等途径相关的基因显著富集.并且苯丙氨酸可以显著抑制不定芽的发生,暗示了苯丙氨酸代谢和苯丙胺素的合成可能在不定芽发生过程起着重要的作用.     

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．     

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。     

基于整合方法分析茶树响应病原真菌胁迫的共有模式

为探讨茶树(Camellia sinensis)对病菌胁迫的共有响应模式和抗病机制,运用生物信息学方法对多组RNA-seq数据进行提取、整合及功能富集,结合多种工具和数据库资源对主要调控分子及蛋白互作模块加以分析。结果表明,病原真菌胁迫下,茶树有较多细胞色素P450家族成员表达显著上调;类固醇和激素的代谢过程、苯丙烷合成途径被激活,有丝分裂细胞周期调控、DNA甲基化等生物过程及光合作用途径受到抑制;主要调控分子如转录因子WRKY和NAC、激酶RLK-Pelle和CAMK等以上调为主。差异表达的蛋白互作模块分析表明,有丝分裂周期调控、基于微管运动、淀粉和蔗糖代谢、细胞壁多糖合成、光合作用、类黄酮代谢模块明显下调,木质素合成和萜类生物合成模块上调;且模块之间可能存在互作。病菌胁迫激活的木质素和萜类合成途径的关键基因包括阿魏酸-5-羟基化酶基因F5H、过氧化物酶基因POD和萜类合成酶基因HMGR等。细胞色素P450基因可能在病菌胁迫中起关键作用,增强木质素和萜类物质的合成、削弱光合作用可能是茶树响应真菌胁迫的核心模式。     

建兰水晶艺叶片的超微结构和转录组学分析

水晶艺建兰(Cymbidium ensifolium)因其叶片上呈现出白色透明状,犹如水晶而得名,观赏价值高,但是其形成机理不明确。该研究以建兰‘铁骨水晶’为试验材料,通过对水晶叶片和绿色叶片进行显微结构和超微结构观察,并结合转录组测序等方法,探索建兰水晶艺叶片形成的原因。结果表明:(1)建兰‘铁骨水晶’水晶叶片比绿色叶片薄,叶肉细胞数量减少,形状不规则,且叶绿体含量少;水晶叶片的表皮气孔数量较绿色叶片显著减少;水晶叶片的叶肉细胞中叶绿体结构发育不良,叶绿体双膜和类囊体膜模糊,细胞中存在着大量的嗜锇颗粒。(2)转录组数据分析显示,水晶叶片中与光合作用-天线蛋白、光合作用等代谢途径相关的基因表达量显著下降,而与色素合成代谢途径相关的基因表达量上升。研究推测,建兰水晶艺叶形成的原因可能是由于与光合作用相关的基因表达量降低,导致叶绿体发育不良,叶绿素合成受阻,从而形成白色透明状叶片。     

一个新的水稻叶绿素缺失黄叶突变体的特征及基因分子定位

从粳稻"嘉花1号"60Coγ射线辐照的后代中筛选到一个叶绿素缺失黄叶突变体(yl11),与野生型"嘉花1号"相比该突变体表现为全生育期植株叶片呈黄色,叶绿素含量以及净光合速率明显下降,叶绿体发育不完善,并且伴随着株高等主要农艺性状的变化。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因(yl11)控制。该突变体与籼稻"培矮64S"杂交生产的F2、F3群体中的分离出突变体型920个单株作为定位群体,利用SSR和InDel分子标记将yl11基因定位在水稻第11染色体长臂上的MM2199和ID21039分子标记之间,其物理距离约为110kb,目前该区域内没有发现与水稻叶绿素合成/叶绿体发育相关已知功能基因。研究结果为今后对该基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

基于比较基因组学方法揭示十字花科古老杂交事件

杂交是物种进化动力的源泉之一,它有助于快速积累遗传变异,增强群体的遗传多样性,促进新物种的产生,因此在不同物种类群中识别古老和近期的杂交现象具有重要意义。杂交事件的识别方法可以采用多种特征,包括传统的遗传表型、代谢产物、染色体数目,以及群体遗传学和系统发育基因组学提供的基因水平的分子表型。本研究通过选取28个十字花科物种及两个外类群物种作为研究材料,采用比较基因组学和系统发育基因组学研究手段,在叶绿体和核基因两个方向上联合分子表型信息鉴定十字花科内的杂交事件。结果表明:1、以单基因树映射物种树的结果为依据,十字花科物种主要分为两类:其一,姐妹类群分布相对集中、以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为代表;其二,姐妹类群分布相对分散暗示基因存在多种来源,以诚实花(Lunaria annua)为代表。2、进一步通过叶绿体和核基因的系统发育关系对比法分析,我们认为诚实花可能是一个新的杂交物种,其39.1%的基因与父本来源的C类群基因关系最近;38.5%的基因与C类群以外类群的基因最近,特别是来自B、C结合类群共同祖先的10号节点(占比3%)支持其作为诚实花的母本来源。3、通过对父母关键进化节点的功能富集分析,发现父本主要富集在生物降解、次级代谢产物、RNA调控等途径上,表明其可能通过RNA调控生物降解、次级代谢过程以适应胁迫环境;母本主要富集在代谢途径上,尤其是碳水化合物、核酸代谢等方面,表明其可能通过增强自身代谢获取相对竞争优势。     

The regulatory network mediated by circadian clock genes is related to heterosis in rice

Exploitation of heterosis in rice(Oryza sativa L.) has contributed greatly to global food security.In this study,we generated three sets of reciprocal F1 hybrids of indica and japonica subspecies to evaluate the relationship between yield heterosis and the circadian clock.There were no differences in trait performance or heterosis between the reciprocal hybrids,indicating no maternal effects on heterosis.The indica-indica and indica-japonica reciprocal F1 hybrids exhibited pronounced heterosis for chlorophyll and starch content in leaves and for grain yield/biomass.In contrast,the japonica-japonica F1 hybrids showed low heterosis.The three circadian clock genes investigated expressed in an above-high-parent pattern(AHP)at seedling stage in all the hybrids.The five genes downstream of the circadian clock,and involved in chlorophyll and starch metabolic pathways,were expressed in AHP in hybrids with strong better-parent heterosis(BPH).Similarly,three of these Research Arfive genes in the japonica-japonica F1 hybrids showing low BPH were expressed in positive overdominance,but the other two genes were expressed in additive or negative overdominance.These results indicated that the expression patterns of circadian clock genes and their downstream genes are associated with heterosis,which suggests that the circadian rhythm pathway may be related to heterosis in rice.     

在光氧化条件下不同类型高产稻的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化特点

用不同类型高产稻(Oryza sativa L.)粳稻9516、具有粳型成分的两系法亚种间杂交稻培矮64/E32、两优培九(培矮64/9311)和籼型杂交稻X07S/紫恢100、冈优881、汕优63为材料,研究了孕穗期叶片在光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化表现.光氧化处理后,与籼型杂交稻比较,粳稻和具有粳型组分的亚种间杂交稻的PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ的线性电子传递的量子效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)下降的较少;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)诱导的活性较高,活性氧 (O(-)/()2、H2O2)和丙二醛(MDA)的产生积累较少,叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出耐光氧化特性,这与在自然条件下生育后期叶绿素含量变化相一致.相关分析表明它们的耐光氧化特性与结实率密切相关,说明耐光氧化品种抗早衰,有利籽粒充实.这些结果启示我们:从超高产育种出发,兼顾杂种优势利用和抗早衰两方面考虑,在母本不育系中引入粳型成分是一个值得重视的育种策略.     

桑树桑黄菌丝体和子实体基因差异表达分析

通过对桑树桑黄Sanghuangporus sanghuang菌丝体和子实体2个不同生长阶段的转录组进行分析,为研究桑黄子实体生长发育相关机制奠定基础。采用Illumina测序技术,对桑树桑黄菌株S23菌丝体和子实体2个不同生长发育阶段进行了全转录组测序。将转录组测序reads比对到参考序列上,菌丝体测序样本的reads比对率为82.89%;子实体测序样本的reads比对率为83%。基因差异表达分析显示,与菌丝体相比,子实体中显著上调表达基因为2 898个,显著下调表达基因为1 965个。经过Blast nr比对发现,桑黄菌在子实体阶段表达量上升的基因主要与各种氧化酶活性、疏水蛋白等相关;表达量下降的基因主要与糖类、氨基酸结合、运输等相关。基因本体（gene ontology,GO）富集分析表明,菌丝体及子实体两个阶段与跨膜转运相关的差异表达基因富集明显。代谢通路（pathway）富集分析表明,类固醇生物合成、精氨酸生物合成、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）信号通路等差异基因富集明显。     

生物有机肥对盐碱地水稻叶片的影响转录组分析

改良修复盐碱地对保障粮食安全和守护耕地红线具有重要意义,种植水稻配施生物有机肥是修复改良盐碱地的一项有效措施。基于生物有机肥肥料效应,测定水稻灌浆期农艺性状,开展叶片转录组测序,通过基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库分析差异基因的生物学功能和代谢通路,以期揭示生物有机肥对盐碱地水稻的潜在促生机制。试验共设置4个处理,生物有机肥+化肥(T1)、生物有机肥灭活+化肥(T2)、化肥(T3)和空白对照(T4),结果表明,施用生物有机肥能够显著提高水稻叶面积和叶绿素、植株分蘖数和干物质量(P<0.05);T2vsT1、T3vsT1、T4vsT1、T4vsT3差异基因数量分别为6593、4796、6976和1866条,生物有机肥配施化肥引起差异基因表达数量最高,其次为灭活生物有机肥,单施化肥最小;GO分析显示,生物有机肥主要影响水稻叶片肽和酰胺的生物合成与代谢、翻译过程、细胞器及细胞器膜等,化肥对水稻叶片生物学过程影响的差异基因无显著富集(P>0.05);KEGG分析表明,施用生物有机肥差异显著基因主要富集在核糖体和能量代谢相关途径,核糖体相关基因差异表达较多...     

Identification and characterization of a repertoire of genes differentially expressed in developing top ear shoots between a superior hybrid and its parental inbreds in Zea mays L.

Heterosis has been widely used in crop breeding and production; however, little is known about the genes controlling trait heterosis. The shortage of genes known to function in heterosis significantly limits our understanding of the molecular basis underlying heterosis. Here, we report 748 genes differentially expressed (DG) in the developing top ear shoots between a maize heterotic F₁ hybrid (Mo17 × B73) and its parental inbreds identified using maize microarrays containing 28,608 unigene features. Of the 748 DG, over 600 were new for the inbred and hybrid combination. The DG were enriched for 35 of the total 213 maize gene ontology (GO) terms, including those describing photosynthesis, respiration, DNA replication, metabolism, and hormone biosynthesis. From the DG, we identified six genes involved in glycolysis, three genes in the citrate cycle, and four genes in the C4-dicarboxylic acid cycle. We mapped 533 of the 748 DG to the maize B73 genome, 298 (55.9 %) of which mapped to the QTL intervals of 11 maize ear traits. Moreover, we compared the repertoire of the DG with that of 14-day seedlings of the same inbred and hybrid combination. Only approximately 5 % of the DG was shared between the two organs and developmental stages. Furthermore, we mapped 417 (55.7 %) of the 748 maize DG to the QTL intervals of 26 rice yield-related traits. Therefore, this study provides a repertoire of genes useful for identification of genes involved in maize ear trait heterosis and information for a better understanding of the molecular basis underlying heterosis in maize.