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。     

高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’黄化变异机理

为了探讨茶树黄化变异和高茶氨酸形成机理,文中选用‘福云6号’和高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’为试验材料,利用超微电镜、广泛靶向代谢组学、靶向代谢组学和转录组学联合分析了茶树黄化变异的相关色素、代谢组及转录组数据。结果表明,通过靶向测定主要生化成分,共鉴定到5种儿茶素、可可碱和咖啡碱,以及20种游离氨基酸,包括茶氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和谷氨酸等,其中,‘福黄2号’的氨基酸含量显著高于‘福云6号’,茶氨酸含量高达57.37 mg/g。叶片的超微结构显示,‘福黄2号’叶绿体细胞结构模糊,基粒片层大部分排列散乱、间隙大,类囊体呈丝状。色素测定显示,叶绿素a和叶绿素b、类胡萝卜素、类黄酮等色素含量显著下降,叶绿素酶（chlorophyllase,CLH）、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）、类黄酮3β-羟化酶（flavonoid 3β-hydroxylase,F3H）和类黄酮3'',5''-羟化酶（flavonoid 3'',5''-hydroxylase,F3''5''H）等相关关键调控基因发生显著变化。与‘福云6号’相比,‘福黄2号’中共鉴定出138个差异代谢物（significantly changed metabolites,SCMs）和658个差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）,KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到与氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢以及三羧酸循环等途径。‘福黄2号’黄化表型可能是光合作用蛋白、叶绿素代谢基因和叶绿素含量的缺乏所致。高茶氨酸的积累可能由于黄化叶中低氮消耗,以及碳骨架的缺乏,氨基和氮资源被更有效地储存,使得氨基酸合成通路中的代谢物及相关基因表达上调,茶氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。     

茶树CsIDI1和CsIDI2基因的克隆及其表达分析

该研究在茶树转录组测序基础上,以铁观音品种茶树为材料,采用RT-PCR技术,克隆了茶树异戊烯基焦磷酸异构酶(IDI)的2个编码基因(CsIDI1和CsIDI2)的cDNA全长序列。CsIDI1的全长为1 378bp,其开放阅读框(ORF)长度894bp,编码297个氨基酸,亚细胞定位预测位于叶绿体上,其氨基酸序列与葡萄IDI的相似性达95%;CsIDI2的全长为1 216bp,其ORF长度为717bp,编码238个氨基酸,亚细胞定位预测位于细胞质上,其氨基酸序列与芝麻IDI相似性达96%。CsIDI1和CsIDI2均含有典型的NUDIX水解酶域。荧光定量PCR结果表明,CsIDI1和CsIDI2基因在茶树地上部不同组织都有表达,但CsIDI2的表达量相对较高;品种间表达量分析显示,它们在父本黄旦品种及杂交后代高香型乌龙茶品种中的表达量显著高于母本铁观音品种,表现出香气上的杂种优势;在乌龙茶做青过程中,随着摇青的进行,CsIDI2的表达被显著诱导,表明CsIDIs在茶叶萜类香气物质形成中发挥重要功能。     

茉莉花JsPAL基因及其启动子克隆与表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)为茉莉花(Jasminum sambac)花香物质苯丙烷类合成的限速酶。为了解茉莉花花香形成的分子机理,以双瓣茉莉花瓣为材料,采用RT-PCR和RACE技术相结合的方法,克隆获得茉莉花苯丙氨酸解氨酶基因的全长cDNA(GenBank:KM406501.1),命名为JsPAL,其全长cDNA为2 220 bp,开放阅读框(ORF)为2 140 bp,编码712个氨基酸,含有lyase_I_like超家族蛋白保守域、活性位点及多肽结合位点。采用染色体步移技术,获得该基因的启动子序列。JsPAL基因上游调控序列为1 201 bp,其含有开花相关元件(CCAATBOX1)、PAL相关元件(BOXLCOREDCPAL、PALBOXPPC、PALBOXLPC、TATABOXOSPAL)以及花特异苯丙烷类相关元件(MYBPLANT)等与花香形成相关的重要顺式作用元件。实时荧光定量PCR检测结果表明,在不同组织和花瓣发育过程中,JsPAL基因在茉莉花的花蕾、花瓣中表达量较高,并且在花瓣开放过程中的22:00前表达量较高,而后呈下调趋势。     

茶树SBP box转录因子的比较基因组学与遗传分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP box)是植物特异性转录因子,在植物生长发育中发挥重要作用。该研究利用生物信息学分析方法,对不同‘铁观音’、‘黄棪’、‘舒茶早’和‘龙井43’茶树基因组的SBP基因进行鉴定和比较,通过qRT PCR技术分析CsTGY_SBP家族成员在不同茶树品种中的表达模式,为探究SBP基因在茶树杂种和亲本上的遗传规律提供参考。结果显示：(1)在茶树品种‘铁观音’、‘黄棪’、‘舒茶早’和‘龙井43’基因组中分别鉴定出21个、25个、24个和23个SBP家族基因。(2)系统进化树将其分为8个亚家族,共线性分析发现茶树和拟南芥、葡萄的SBP基因共线性关系与水稻相比更强,同物种内发现‘铁观音’与‘黄棪’的共线性关系更显著。(3)qRT PCR结果表明,CsTGY_SBP5、CsTGY_SBP9和CsTGY_SBP14在F₁‘金观音’中呈中亲表达的模式;大部分CsTGY_SBPs基因在F₁‘黄观音’呈低于双亲表达模式,CsTGY_SBP5和CsTGY_SBP8在F₁‘金牡丹’中显著高于亲本;CsTGY_SBP5、CsTGY_SBP7、CsTGY_SBP12、CsTGY_SBP16和CsTGY_SBP18在F₁‘紫玫瑰’中的表达量显著高于亲本,呈超高亲表达的模式;CsTGY_SBPs基因在F₁‘紫牡丹’中整体表达趋于亲本铁观音,在F₁‘瑞香’中整体呈现低于亲本‘黄棪’的表达模式。研究表明,CsTGY_SBP5在F₁‘金牡丹’和F₁‘紫玫瑰’中的表达均显著高于亲本,推测CsTGY_SBP5可能是茶树杂种优势的重要调控因子。     

茶树BES1转录因子全基因组鉴定与分析

植物特异性转录因子(BRI1-EMS-SUPPRESSOR1,BES1)家族参与调节油菜素内酯(brassinosteroids,BR)信号通路,在植物生长和应对非生物胁迫的反应中发挥重要作用。该研究利用生物信息学方法对茶树BES1转录因子家族进行鉴定,分析茶树CsBES1基因在8个茶树组织中的表达模式,并对CsBES1转录因子家族在低温、干旱及ABA激素处理下的表达进行分析,以揭示茶树CsBES1转录因子家族的功能及其对环境胁迫的响应。结果显示:(1)从茶树全基因组中鉴定获得10个茶树BES1转录因子家族成员,均具有完整的BES1_N结构域;根据系统进化关系将10个CsBES1转录因子家族分成3组,分别包含2个、3个和5个成员;该家族成员每个基因含有2～11个外显子。(2)组织表达模式分析显示,茶树BES1转录因子家族在生长活跃的茶树嫩梢和成熟叶中表达量较高,不同成员之间表达存在差异性。(3)上游启动子区域分析发现大量与植物激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。(4)荧光定量检测发现,BES1基因在茶树不同胁迫处理下的表达模式不同,在低温和脱落酸处理下,CsBES1-1、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高,而在干旱处理下,CsBES1-2、CsBES1-4、CsBES1-5、CsBES1-6、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高。     

茉莉花萜类合成酶基因的转录组鉴定及响应外源激素的表达研究

探究萜类合成酶(Terpenoid synthase,TPS)在茉莉花萜类化合物合成中的作用及外源激素处理下的表达模式,为深入研究茉莉花TPS基因家族的功能及在外源激素胁迫中的作用奠定理论依据.以茉莉花转录组数据为基础,利用生物信息学方法对茉莉花TPS家族进行鉴定及分析,采用实时荧光定量分析茉莉花TPS家族在茉莉花不同...     

草甘膦对茶树叶片主要生化成分的影响

以金观音茶树为试材,将草甘膦定量施于栽培基质,通过观察叶片的表观药害,并采用超高效液相串联质谱方法测定草甘膦施用前(0天)和施用后(7天和33天)叶片中的农药残留(草甘膦及氨甲基膦酸)及生化成分(游离氨基酸、儿茶素和生物碱)的含量变化,从而科学地评估草甘膦的使用对茶叶质量安全的影响。结果表明:草甘膦施用33天,茶树叶片未见明显药害表征,但可检测到草甘膦及其代谢物氨甲基膦酸;草甘膦施用后,游离氨基酸和儿茶素总量降低,生物碱总量先升后降;多元统计分析表明,草甘膦施用前后样品组间的茶氨酸、咖啡碱、表没食子儿茶素没食子酸酯、谷氨酰胺、表儿茶素没食子酸酯、表儿茶素、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和表没食子儿茶素含量存在显著差异。综上,茶园草甘膦的施用不易使茶树叶片产生明显的药害表征,但可在茶树叶片中残留较长时间,并显著改变茶树叶片中游离氨基酸、儿茶素和生物碱类化合物的含量。因此,建议茶园尽量不使用草甘膦除草剂。     

茶树CPP转录因子家族的全基因组鉴定及分析

CPP(cysteine-rich polycomb-like protein)转录因子广泛存在于动植物中,是一类成员数目较少的转录因子家族,在调控植物生长发育和响应非生物胁迫中起重要作用。该研究通过对茶树基因组系统的鉴定,获得10个CsCPP转录因子均具有典型的CXC结构域。系统发育分析将CsCPP家族成员分为4类(A^D),且大部分成员与葡萄在进化关系上更为接近。A类和C类成员的CXC结构域分布在蛋白序列的N端,而B类和D类成员分布在C端。茶树组织表达分析表明,CsCPP转录因子在生长活跃的顶芽和嫩叶中普遍高表达,不同组织的表达水平排序为:顶芽和嫩叶>根和茎>成熟叶和果>老叶和花。启动子分析发现了CsCPP家族成员的启动子区域存在大量的ABA和干旱响应元件;干旱处理下,6个CsCPP成员的表达水平均有不同程度上调,其中4个成员在ABA处理后表达迅速上调,表明CsCPP转录因子可能在ABA介导的干旱胁迫响应中起正调控作用;低温处理下,大部分CsCPP成员的表达均有轻微下调,而CsCPP 2和CsCPP 6的表达水平在6 h达到顶峰,表达量均超过2倍。研究结果为进一步发掘茶树CPP转录因子家族的功能奠定了基础。     

茶树GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

生长调控因子(growth regulating factor,GRF)是植物特有的转录因子家族,在植物生长发育过程中起重要调控作用。该研究利用生物信息学的方法,从茶树基因组中鉴定获得11个CsGRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC。CsGRF家族成员含有3~6个外显子,基于系统进化关系将CsGRF家族分为6组,且与葡萄及猕猴桃GRF家族的亲缘关系更为接近。不同组织转录组数据分析结果表明,该家族在生长活跃的茶树嫩梢部位高表达。上游启动子区域分析发现大量与植物发育、激素及胁迫响应密切相关的顺式作用元件。荧光定量检测发现,分别有10个和2个CsGRF成员在低温和干旱胁迫处理后呈现显著上调表达,其中CsGRF8和CsGRF11对2种非生物胁迫均有响应;并发现受ABA、MeJA和GA激素处理诱导分别有9个、3个和6个CsGRF基因的表达水平差异显著。研究表明,CsGRF基因家族在茶树生长发育过程及应激反应中起作用,推测CsGRF基因可能通过各种激素信号转导途径参与胁迫响应过程。