基于RNA-Seq技术的湿加松特定时期产脂差异基因筛选及表达分析

湿加松(Pinus elliottii×P.caribaea)是我国南方重要的脂材兼用树种,为挖掘调控湿加松松脂产量的相关基因,在湿加松的产脂高峰期,选取生长量相近但产脂量显著差异的湿加松植株,采集次生木质部组织进行高通量测序,并结合萜类物质合成、转运通路进行分析。结果显示,测序共产生594 108 382条clean reads,经de novo拼接获得190 514条unigenes,有304个unigene与萜类物质的合成有关。经过差异表达分析,得到414个差异表达unigenes,其中183个上调表达,231个下调表达。利用qRT-PCR技术对筛选的基因进行表达量验证分析,发现细胞色素P450、ABC转运蛋白、双功能松脂醇落叶松醇还原酶(PLR)在高脂树中表达量升高,异戊烯基转移酶表达量在低脂树中表达量较高。本研究丰富了湿加松及松科植物的转录本信息,为进一步研究湿加松松脂产量差异的分子机理奠定了重要基础。     

基于高通量测序的发芽苦荞转录组学研究北大核心CSCD

采用新一代高通量测序技术Illumina Solexa Hiseq 2500对发芽荞麦转录组进行测序,结合生物信息学方法开展基因表达谱研究和功能基因预测。通过测序,获得了42 953 962个序列读取片段(reads),包含了5.37 Gb碱基序列信息。对reads进行序列组装,获得45 278个单基因簇(unigenes),平均长度862 bp,序列信息达到了39 Mb。另外,从长度分布、GC含量、表达水平等方面对unigenes进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。数据库中的序列同源性比较表明,2 127个unigenes与其他生物的己知基因具有不同程度的同源性。发芽苦荞转录组中的unigenes与细胞进程、细胞和蛋白结合相关。将unigenes与KOG数据库进行比对,根据其功能大致可分为24类。以KEGG数据库作为参考,依据代谢途径可将unigenes定位到328个代谢途径分支,包括核糖体代谢通路、碳水化合物代谢等,并且筛选出38条参与GABA合成的氧化磷酸化代谢的unigenes。SSR位点查找发现,从71 366个unigenes中共找到7 141个SSR位点。SSR不同重复基序类型中,出现频率最高的为A/T,其次是AAG/CTT和AT/AT。     

基于高通量测序的发芽苦荞转录组学研究

采用新一代高通量测序技术Illumina Solexa Hiseq 2500对发芽荞麦转录组进行测序,结合生物信息学方法开展基因表达谱研究和功能基因预测。通过测序,获得了42 953 962个序列读取片段(reads),包含了5.37 Gb碱基序列信息。对reads进行序列组装,获得45 278个单基因簇(unigenes),平均长度862 bp,序列信息达到了39 Mb。另外,从长度分布、GC含量、表达水平等方面对unigenes进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。数据库中的序列同源性比较表明,2 127个unigenes与其他生物的己知基因具有不同程度的同源性。发芽苦荞转录组中的unigenes与细胞进程、细胞和蛋白结合相关。将unigenes与KOG数据库进行比对,根据其功能大致可分为24类。以KEGG数据库作为参考,依据代谢途径可将unigenes定位到328个代谢途径分支,包括核糖体代谢通路、碳水化合物代谢等,并且筛选出38条参与GABA合成的氧化磷酸化代谢的unigenes。SSR位点查找发现,从71 366个unigenes中共找到7 141个SSR位点。SSR不同重复基序类型中,出现频率最高的为A/T,其次是AAG/CTT和AT/AT。     

华阴腹露蝗转录组分析

华阴腹露蝗(Fruhstorferiola huayinensis)隶属于直翅目斑腿蝗科,是一种仅分布在我国的蝗虫。为获得华阴腹露蝗的基因数据,对其进行了转录组测序和分析。总计获得37 840条unigenes,对组装得到的unigenes进行NR、NT、GO、COG、KEGG、Swissprot和Interpro七大功能数据库注释,最终22 477条unigenes获得成功注释,占unigenes总数的59.40%。在华阴腹露蝗转录组中共鉴定出337条编码代谢解毒酶的unigenes,19条编码杀虫剂作用靶标蛋白的unigenes。另外,还检测到4 847个简单重复序列(simple sequence repeats,SSRs)。该转录组测序分析将为进一步研究杀虫剂的抗药性机制和华阴腹露蝗基因功能奠定分子基础。     

高丛蓝莓品种“瑞蓝”的幼叶转录组分析

蓝莓营养丰富,富含花青素等抗氧化性活性物质,被誉为"小浆果之王"。为了加深对蓝莓优良品种"瑞蓝"生长发育分子机制的了解,利用第二代测序技术对其2年生苗的幼叶转录组进行测序。获得总共约1 G的有效测序数据,共拼装成41 987条unigenes,其中23 555条unigenes能被GO数据库成功注释,分别涉及到生物学过程、细胞成分及分子功能相关的共35种生理代谢功能;20 379条unigenes能被KOG数据库注视到,共涉及25条代谢通路;9 771条unigenes能被KEGG数据库成功注释,共涉及到5个大类、20个中类、124条代谢通路;27 293条unigenes被Nr数据库成功注释,这些unigenes共对应32 949条蛋白质的编码区。同时,生物信息学分析还显示:全部unigenes中,有5 221条unigenes编码转录因子,涉及到54个家族;2 487条unigenes编码抗性基因,涉及19个家族;共检测到6 261个SSR序列,其中2碱基重复的SSR占68.2%。转录组测序分析结果阐明了"瑞蓝"的生长发育的部分分子信息,对利用其进一步开展分子标记辅助育种等具有较为重要的意义。     

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。     

红花锦鸡儿中苯丙素类化合物的研究

对红花锦鸡儿Caragana rosea Turcz ex Maxim的地上部分进行化学成分研究.从乙醇提取物的氯仿可溶部位分离获得9个苯丙素类化合物.根据理化性质和各种波谱(UV、IR、MS、1D和2DNMR)分析,鉴定其结构分别为肉桂酸、5个木脂素(±)落叶松脂素、(±)-5,5'-二甲氧基-落叶松脂素、(±)-lyoniresinol、(±)-松脂素、(±)-丁香脂素和三个倍半木脂素(±)-ficusesquilignan A、(±)-buddlenol C、(±)-buddlenol D.所有的化合物均为首次从该植物中分离得到.     

锤胁跷蝽触角转录组分析

为了获得锤胁跷蝽(Yemma signatus Hsiao)触角基因信息,本研究使用Illumina HiSeq TM 4 000高通量测序技术对锤胁跷蝽成虫触角进行转录组测序和生物学信息分析。共获得61 080 938条clean reads,包括9.16 G (GenBank登录号:SRR3348966)。拼接115 491条unigenes,平均长度为578 bp,N50为863 bp。在7大数据库中注释到46 224条unigenes,其中在NR数据库中注释的基因最多,为32 842 (28.43%)条,与内华达古白蚁(Zootermopsis nevadensis)相似度最高(9.0%)。转录组数据分析鉴定出125个与嗅觉相关的基因,其中66个嗅觉受体、11个味觉受体、1个离子型受体、3个感觉神经元膜蛋白、30个气味结合蛋白和14个化学感受蛋白基因。本研究首次获得锤胁跷蝽触角转录组数据,并鉴定出嗅觉相关基因,本研究为今后利用嗅觉基因靶标防治害虫提供了分子生物学信息数据。     

基于高通量测序的玉米象转录组分析

玉米象Sitophilus zeamais是一种世界性的储粮害虫,但其基因信息尚不完善.本研究利用高通量测序平台Illumina HiSeq TM2000对玉米象成虫进行转录组测序,总计获得64358条unigenes,总长度39481752 bp,最短201 bp,最长29046 bp,平均长度613 bp.将unigenes序列在7大数据库Nr、GO、Swissprot、KOG、Pfam、KEGG、TrEMBL中进行注释,分别有25271、20747、16477、12060、9471、3370、25500条unigenes获得注释.通过GO功能分类,共有20747条unigenes在GO数据库中生物学过程、细胞组分、分子功能3大类68个亚类功能组中找到对应.KOG结果显示,12606条unigenes归到25个基因家族.通过KEGG代谢通路分析,共有3370条unigenes被注释,分别归属于细胞进程、环境信息进程、遗传信息进程、新陈代谢和有机体系统5大类代谢途径,共33个亚类274个功能通路.进一步的数据分析,共鉴定出146081个SNP位点和5002个简单序列重复(SSR)位点.本研究获得的玉米象转录组信息,为玉米象的功能基因挖掘提供了重要的信息资源.     

大垫尖翅蝗转录组分析

【目的】大垫尖翅蝗Epacromius coerulipes(Ivanov)是广泛分布的草原蝗虫之一,但其基因资源缺乏。为了获得大垫尖翅蝗的基因数据,对其进行了转录组测序和分析。【方法】利用Illumina公司paired-end转录组的测序技术进行从头组装。【结果】总计获得了63 033条unigenes,平均长度为772 bp,N50为1 589 bp。通过BLAST搜索,确定有25 132条(39.87%)unigenes与NCBI数据库已知的蛋白质相匹配,其中有24 841,16 490,11 558和8 013条unigenes成功注释到Nr,Swiss-Prot,GO和COG数据库中。KEGG数据库中,7 218条unigenes形成218条代谢或信息通路。其中,189条unigenes参与外源性物质或药物的代谢通路。进一步分析显示,213条unigenes被确认为可能参与外源性物质的解毒作用,29条unigenes被确定为编码杀虫剂的目标蛋白。此外,检测到5 696条简单重复序列。【结论】该转录组测序分析将为进一步研究大垫尖翅蝗的基因功能分析及杀虫剂的抗药性机制分析奠定分子基础。     

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。     

Genome-wide transcriptional changes of ramie (Boehmeria nivea L. Gaud) in response to root-lesion nematode infection

Ramie fiber extracted from stem bark is one of the most important natural fibers. The root-lesion nematode (RLN) Pratylenchus coffeae is a major ramie pest and causes large fiber yield losses in China annually. The response mechanism of ramie to RLN infection is poorly understood. In this study, we identified genes that are potentially involved in the RLN-resistance in ramie using Illumina pair-end sequencing in two RLN-infected plants (Inf1 and Inf2) and two control plants (CO1 and CO2). Approximately 56.3, 51.7, 43.4, and 45.0 million sequencing reads were generated from the libraries of CO1, CO2, Inf1, and Inf2, respectively. De novo assembly for these 196 million reads yielded 50,486 unigenes with an average length of 853.3 bp. A total of 24,820 (49.2%) genes were annotated for their function. Comparison of gene expression levels between CO and Inf ramie revealed 777 differentially expressed genes (DEGs). The expression levels of 12 DEGs were further confirmed by real-time quantitative PCR (qRT-PCR). Pathway enrichment analysis showed that three pathways (phenylalanine metabolism, carotenoid biosynthesis, and phenylpropanoid biosynthesis) were strongly influenced by RLN infection. A series of candidate genes and pathways that may contribute to the defense response against RLN in ramie will be helpful for further improving resistance to RLN infection.     

不同花期‘西伯利亚’百合花瓣单萜合成途径转录组分析

以‘西伯利亚’百合（Lilium ‘Siberia’）花蕾期、半开期、盛开期、衰败期的花瓣为材料,利用RNA-seq技术对其转录组进行高通量测序,分析单萜合成途径中差异表达的基因并阐明其分子机制。结果显示,‘西伯利亚’百合通过转录组测序分析共得到56.28 Gb clean base,223.40 Mb clean reads和124 233个unigene,其中35 749个基因得到注释。萜骨架合成途径中的基因表达水平在不同花期表现出显著差异。其中,甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）中的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶（DXS）、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（DXR）、4-羟基-3-甲丁-2-烯基二磷酸合成酶（HDS）、4-羟基-3-甲丁-2烯基二磷酸还原酶（HDR）、牻牛儿基二磷酸合成酶（GPS）基因的表达水平随花期变化呈先升高后降低的趋势。罗勒烯合成酶（OCS）基因表现出相似变化规律,在盛开期表达量最高。甲羟戊酸（MVA）途径中的3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶（HMGR）的基因表达同样出现先升高后降低的趋势。单萜合成下游的分支途径中,茄尼基二磷酸合成酶（SDS）、牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合成酶（GGDR）基因的表达则出现相反的趋势,在盛开期的表达量最低。研究结果表明MEP途径中的关键基因可随花期变化规律性的表达,以调控单萜的生物合成,在盛开期有较高释放量,且盛开期MVA途径的活化以及泛醌和萜醌代谢支路基因的低表达也促进了单萜的生物合成。     

松树蜂毒腺转录组分析

【目的】构建入侵种松树蜂Sirex noctilio毒腺转录组数据库,筛选并分析松树蜂毒腺基因数据。【方法】采用新一代高通量测序平台Illumina HiSeq^TM 4000对松树蜂雌成虫毒腺进行转录组测序、数据组装和生物信息学分析。【结果】共获得12.7 Gb松树蜂雌成虫毒腺有效转录组数据,并组装到37 098条unigenes,平均长度968 bp,N50长度为2 364 bp。将所得的unigenes数据使用BlastX与各大数据库比对,共注释到13 515条unigenes,并且在NR数据库中注释的unigenes最多,共11 108条(占总数的29.94%),其中相似基因占比最高的物种为丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis,达815条(占总数的7.29%)。在GO数据库中注释到5 726条unigenes,根据功能被分为生物学进程、细胞组分和分子功能3大类63个亚类。KEGG代谢通路分析表明,7 602条unigenes注释到357个代谢通路。根据基因注释信息进一步筛选到43条嗅觉相关基因,包括嗅觉受体(odorant receptor, Or)基因25条、化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)基因10条、离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因5条和气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)基因3条。此外,还筛选出11条漆酶基因,包括漆酶1(laccase1, LAC1)基因5条、漆酶2(laccase2, LAC2)基因4条、漆酶4(laccase4, LAC4)基因1条和漆酶9(laccase9, LAC9)基因1条,且其中1条LAC2基因在所有被注释的基因中表达量最高(FPKM值=21 126)。【结论】本研究获得的松树蜂毒腺转录组数据为松树蜂毒液组分的鉴定和生物学功能的研究奠定了一定的理论基础。