基于LC-MS/MS分析马缨杜鹃花代谢物的变化

为分析马缨杜鹃(Rhododendron delavayi)花开花至凋谢过程中的代谢产物差异及其通路,该文采用LC-MS/MS技术对其花苞期、开裂期、传粉期、盛开期、衰老期和凋谢期的化学成分进行非靶向代谢组学分析。结果表明:(1)共鉴定到973种代谢物,主要包含黄酮类、有机酸、酚酸类、氨基酸及其衍生物、脂类、生物碱等。(2)主成分分析(PCA)表明样本间代谢物存在差异,结合正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)、t检验的P值和单变量分析的差异倍数(fold-change)筛选差异代谢物(VIP>1,P<0.05,Fc>2或Fc<0.5),涉及591种,在马缨杜鹃花期进入衰老期和凋谢期后差异代谢物数量和表达量显著上升,其中花苞期至开裂期差异代谢物的表达主要呈现下调,而进入衰老期和凋谢期后差异代谢物的表达主要呈现上调。(3)KEGG注释到68条代谢通路,其中差异代谢物极显著富集(P < 0.01)通路3条,包括苯丙素类生物合成、植物激素的生物合成和类黄酮生物合成。(4)结合苯丙素类、黄酮类等有效成分生物合成通路共筛选到10种代谢物包括苯丙氨酸(L-phenylalanine)、反式肉桂酸(trans-cinnamic acid)、查耳酮(chalcone)、柚皮素(naringenin)、对香豆酰基莽草酸(p-coumaroyl shikimic acid)、阿魏酸(ferulic acid)、松柏醇(coniferyl alcohol)、芥子酸(sinapic acid)、紫丁香苷(syringin)、槲皮素(quercetin)。此外,有效成分的差异代谢物表明苯丙素类生物合成代谢活动随马缨杜鹃花的发育逐渐增强,而黄酮类化合物生物合成逐渐减弱,这些关键差异代谢物可能对马缨杜鹃花的发育有重要的调控作用。该研究为马缨杜鹃花开花至凋谢进程中的有效成分代谢途径活性物质的研究提供了代谢组学基础,为进一步研究马缨杜鹃花花期调控的分子机理提供参考。     

基于非靶代谢组学多刺绿绒蒿不同器官代谢物差异分析

为了进一步探究传统藏药植物多刺绿绒蒿（Meconopsis horridula）中代谢物成分以及不同器官差异情况,采用UPLC-MS技术对多刺绿绒蒿的叶、根和花三个不同器官代谢物进行分析与鉴定。并利用主成分分析（PCA）、聚类热图分析、正交偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）和KEGG通路富集分析等方法进行不同器官差异代谢产物筛选与通路分析。结果显示,在ESI⁺和ESI^-模式下,共检测注释到947种代谢物,不同器官间差异代谢物进行分析,叶和根差异代谢物有301个,叶和花中差异代谢物有170个,根和花中差异代谢物有244个。通过聚类热图可以看出,大多数代谢物在根中含量较低;KEGG通路富集分析显示,差异代谢物大多富集在氨基酸代谢、花青素生物合成、黄酮类生物合成和生物碱合成等代谢途径。各器官优势黄酮类、萜类和生物碱类代谢物的分析为进一步探究多刺绿绒蒿的不同器官药用特征成分和开发利用提供一定的帮助。     

基于转录组学和代谢组学联合分析草珊瑚萜类化合物生物合成的组织特异性分布

本研究旨在探究草珊瑚叶和根中萜类化合物的组织特异性分布差异,解析其药效品质差异形成的分子机制。采用液相色谱-质谱联用技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术获得草珊瑚[Sarcandra glabra (thunb) naka]叶和根的代谢组学和转录组学数据。代谢组学结果表明参与叶和根中萜类合成的差异代谢物有50个,包括法尼西基半胱氨酸、甘油醛-3-磷酸、甲羟戊酸-5-磷酸等。转录学结果表明差异代谢酶基因有57条,包括ACTC、HMGCR、MVK、DXS与KS等,并预测了MYB、C2H2、AP2/ERF-ERF等7个转录因子参与调控草珊瑚不同组织部位中萜类的合成和积累差异。实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果显示,随机选取的8个参与萜类合成的酶基因在草珊瑚不同组织部位中的表达趋势与转录组学测序结果一致。本研究有助于阐明草珊瑚叶和根临床疗效差异形成的分子机制,同时为草珊瑚的资源开发利用奠定基础。     

甜荞花青素合成相关基因FeR2R3-MYB的克隆与表达分析

MYB 是一类常见的转录因子,广泛参与植物花青素生物合成的调控。为探究 MYB转录因子在甜荞花青素生物合成中的调控作用,该研究从红花甜荞和白花甜荞转录组学数据中筛选并克隆出一个和花青素生物合成相关的MYB基因,将其命名为 FeR2R3-MYB,GenBank 登录号为 MT151381.1,并对该序列进行生物信息学分析,以及利用 qRT-PCR 分析FeR2R3-MYB基因在白花甜荞和红花甜荞中的表达特征。结果表明:(1)FeR2R3-MYB基因全长 831 bp,编码 276 个氨基酸,蛋白的相对分子质量为 30.95 kD,理论等电点(pI)为 8.73,蛋白的不稳定指数为 69.64,属于不稳定蛋白,总疏水值为-0.679,整条肽链呈现亲水特性。(2)FeR2R3-MYB 具有典型的 R2R3-MYB 结构域,属于 R2R3-MYB 亚家族。(3)FeR2R3-MYB 与同属蓼科的苦荞和虎杖亲缘关系比较近。(4)FeR2R3-MYB 的启动子序列共含有 9 个光照响应元件、17 个转录因子结合位点、4 个非生物响应元件和 2 个激素响应元件。(5)亚细胞定位发现 FeR2R3-MYB 只在细胞核中表达。(6)FeR2R3-MYB 基因的表达量在叶片和花序中红花甜荞均高于白花甜荞,推测 FeR2R3-MYB 基因可以正向调节甜荞花青素生物合成。综上所述,该研究结果为进一步深化 FeR2R3-MYB 基因在甜荞花青素生物合成途径中的功能及表达调控方面的研究提供了基础。     

阿卡波糖生物合成调控蛋白的钓取与功能解析

[目的] 发现游动放线菌Actinoplanes sp.SE50/110中阿卡波糖生物合成的调控因子,并提高其产量。[方法] 首先,利用DNA亲和层析技术,钓取与阿卡波糖生物合成基因簇2个双向启动子区域结合的调控蛋白。然后,在阿卡波糖产生菌QQ-2中强化表达或敲除这些调控蛋白编码基因,进行体内功能验证。同时,利用大肠杆菌BL21（DE3）异源表达获得可溶性蛋白,通过凝胶阻滞实验验证蛋白与启动子区域的结合能力。[结果] 经DNA亲和层析及蛋白质质谱分析,钓取出9个与双向启动子P_WV和P_AB结合的调控蛋白。在QQ-2中分别强化表达和缺失这9个调控基因后发现,基因ACPL_1889的强化表达使阿卡波糖产量提高25%,而该基因的缺失使产量降低22%;基因ACPL_5445、ACPL_3989的强化表达使阿卡波糖产量分别降低12%和39%,而这两个基因的缺失使产量分别提高15%和8%。对阿卡波糖生物合成基因转录水平的检测发现,强化表达基因ACPL_1889使acbA、acbB、acbW、acbV的转录水平升高,而缺失该基因使这4个基因的转录水平降低;敲除基因ACPL_5445使这4个基因转录水平均有提高;强化表达基因ACPL_3989使这4个基因的转录水平均下降,而其敲除使acbW和acbA的转录水平分别提高了约100倍和40倍。在凝胶阻滞实验中,ACPL_1889与ACPL_3989均能与acb基因簇的启动子区域结合。最后将正调控基因的强化表达和负调控基因的敲除进行组合,使阿卡波糖产量提升32%。[结论] 本研究发现了9个与阿卡波糖生物合成基因簇的启动子区域结合的调控蛋白,通过体内、体外实验证明ACPL_1889为阿卡波糖生物合成的正调控因子、ACPL_5445和ACPL_3989为负调控因子,不但为揭示阿卡波糖生物合成的转录调控机制奠定了基础,而且这些调控基因的改造显著提升了阿卡波糖的产量。     

欧耧斗菜AP2/ERF基因家族鉴定及盐胁迫下表达分析

AP2/ERF转录因子在植物生长发育和响应非生物胁迫中发挥着重要作用。为探究欧耧斗菜(Aquilegia vulgaris)中AP2/ERF对盐胁迫的响应,该研究基于前期试验获得的盐胁迫下转录组数据,通过生物信息学方法筛选欧耧斗菜AP2/ERF家族基因,分析其生化特征、保守基序、系统进化等,并对其在盐胁迫处理下不同时间的根与叶中的表达量变化进行分析,利用qRT-PCR技术对候选基因表达量进行验证。结果表明:(1)筛选出86个AvAP2/ERF基因,其编码的氨基数目为132～722个,分子量为14 763.30～79 069.47 Da,等电点介于4.49～9.68之间,偏酸性蛋白较多,均为亲水性蛋白; 对AvAP2/ERF蛋白进行亚细胞定位预测,大多数定位于细胞核。(2)二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主,均具有AP2保守结构域,有两个高度保守的基序Motif 1和Motif 2。(3)在盐胁迫下,71个AvAP2/ERF基因表达量发生变化,其中叶片中差异表达基因18个、根中19个; 欧耧斗菜与拟南芥AP2/ERF基因聚类为5个亚家族、15个亚组,通过表达分析及同源关系,确定3个响应盐胁迫的基因AvAP2/ERF-56、AvAP2/ERF-61与AvAP2/ERF-80,其qRT-PCR结果与转录组数据一致。该研究结果为深入探究欧耧斗菜AP2/ERF基因的功能及逆境响应机制奠定了基础。     

基于转录组的冬虫夏草菌微循环产孢研究

为研究冬虫夏草菌（Ophiocordyceps sinensis）微循环产孢过程中的分子机理,采用高通量测序技术,对微循环产孢前后冬虫夏草菌的转录组进行研究。筛选获得差异表达基因6 902个。Gene Ontology（GO）功能聚类分析表明,差异表达基因主要参与分子功能、胞内运输、核糖核蛋白复合体等生物学通路。京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)功能富集分析结果表明,差异表达基因参与了核糖体、嘧啶代谢、蛋白酶体、嘌呤代谢、甘氨酸代谢等过程。Mmc、Mcb、MaH1、MaPP5、MaAGA、Pyk等候选基因不同程度的参与了冬虫夏草菌微循环产孢过程,其中Mcb家族基因可能起到关键作用。通过qRT PCR验证差异表达基因,定量结果与转录组测序结果一致。本研究为进一步揭示冬虫夏草菌微循环产孢分子机制以及关键基因的调控提供了重要信息。     

基于转录组挖掘‘云香’水仙萜类合成基因及NaIDI的克隆

为深入挖掘中国水仙转录组中萜类合成相关基因,了解中国水仙萜类代谢途径和分子调控机制,该研究以‘云香’水仙为材料,在其盛花期花瓣与副冠转录组测序的基础上,筛选已注释的萜类合成途径基因并利用NCBI blastn进行再注释,通过对部分候选基因的表达量与生物信息分析进一步筛选出代表基因,采用RT PCR技术克隆了水仙异戊烯基焦磷酸异构酶基因NaIDI,并对其蛋白序列与特异性表达进行分析。结果表明：(1)Blast比对筛选得到52 个与萜类合成上游途径相关的Unigenes,二次筛选获得11个显著差异表达的代表基因。(2)NaIDI基因开放阅读框(ORF)长度为858 bp,编码285个氨基酸,其氨基酸序列与‘金盏银台’水仙相似度97.19%;亚细胞定位预测显示该基因定位在叶绿体;系统进化分析表明其与芦笋亲缘关系比较近。(3)实时荧光定量分析结果表明,NaIDI基因在水仙开花的不同时期和不同组织器官中差异表达显著,且在盛花期时副冠中的表达量最高,与中国水仙挥发性萜类化合物在开花不同时期和不同组织器官中的表达规律一致,表明NaIDI在萜类代谢中发挥着一定作用。     

中间锦鸡儿CiPUB22基因克隆与功能分析

中间锦鸡儿(Caragana intermedia)耐旱、耐寒、耐盐碱,是西北干旱地区的重要固沙灌木,筛选其优良抗逆境基因,可以作为林草基因工程的基因源。该研究在中间锦鸡儿干旱胁迫转录组文库中找到1条CiPUB22 (plant U box 22)基因的cDNA全长序列,CiPUB22基因包括1 260 bp开放阅读框,编码419个氨基酸。实时荧光定量PCR结果表明,在脱水、盐和ABA处理1 h后CiPUB22基因表达量上升并达到最高水平,分别为对照表达量的12倍、35倍和7倍,干旱处理后12 d达到最高值,为对照的2.5倍,表明CiPUB22的转录水平受非生物胁迫诱导。构建CiPUB22基因的过表达载体并转化野生型拟南芥,对转基因纯合体株系抗逆性分析发现,在150 mmol/L NaCl、1 μmol/L ABA和400 mmol/L甘露醇处理下,过表达株系的萌发率均低于野生型,说明过表达CiPUB22基因降低了拟南芥在种子萌发过程中对盐和渗透胁迫的耐受性。     

杂交兰及其花艺突变体中类黄酮成分差异的代谢-转录组联合分析

为探索杂交兰花艺突变体变异的分子机理,该研究以杂交兰‘玉凤’及其花艺突变体‘双艺金龙’为材料,利用靶向代谢组学和转录组学鉴定两者中类黄酮化合物含量差异及其相关通路上的差异表达基因。结果表明：(1)代谢组分析发现,杂交兰‘玉凤’和‘双艺金龙’花瓣中共检测到271种类黄酮代谢物,其中黄酮醇类和黄酮类代谢物的相对含量约占总类黄酮的30%～50%;共检测到38个差异代谢物(15个上调,23个下调);‘玉凤’中差异最高的代谢物二氢山奈酚-7-O-葡萄糖苷(黄酮醇类)含量是‘双艺金龙’的124 444倍,‘双艺金龙’中差异最高的代谢物3,5,7,3′,4′-五羟基-5′-异戊二烯基黄酮(黄酮醇类)含量是‘玉凤’的7 244倍。(2)KEGG分析显示,差异代谢物显著富集在类黄酮、黄酮和黄酮醇生物合成途径。其中,在类黄酮生物合成途径上,根皮苷、黄腐醇、二氢山奈酚、二氢杨梅素和表没食子儿茶素含量升高,柚皮苷和二氢槲皮素含量降低;在黄酮和黄酮醇生物合成途径上,三叶豆苷和槲皮素含量均下降。(3)转录组分析共筛选到563个差异表达基因,与‘玉凤’相比,‘双艺金龙’中有220(39.1%)个基因上调表达,343...     

赤霉素诱导甘蔗节间伸长的cDNA-AFLP差异显示

以‘新台糖22号’甘蔗为材料,在其伸长初期以200mg/L的赤霉素进行叶面喷施处理,对照喷清水,分别提取对照和处理(0、6、12、24h)的总RNA进行等量混合,获得2种不同处理的样品池,采用cDNA-AFLP技术对赤霉素诱导下甘蔗节间伸长的差异表达进行分析。结果显示:(1)通过169对引物组合的选择性扩增,共得到了约11 000条大小在50～700bp的cDNA片段,获得186条差异条带。(2)经反向Northern杂交,于结果显示阳性的TDFs中选取56个片段进行克隆和序列分析,获得56条大小在80～500bp的差异条带。(3)经BLAST分析,按功能可将获得的56条TDFs分为7类,分别为能量与代谢相关基因、未知功能蛋白、未知基因、植物抗性相关基因、细胞壁生物合成与修饰相关基因、信号传导相关基因和转录因子相关基因。该研究获得了一些与甘蔗节间伸长相关的差异基因片段,为进一步研究甘蔗节间伸长的分子机理奠定了基础。     

内生链霉菌SAT1转录组分析和抑菌代谢产物的鉴定

【背景】植物内生链霉菌Streptomyces sp.SAT1分离自药用植物荠苨根部,对多种植物病原真菌和病原细菌具有强抑菌活性,在农林业生物防治领域应用潜力巨大。【目的】揭示该菌在不同培养基条件下的抑菌效果和抑制细菌的活性物质类型,为该菌生物防治应用提供理论基础和技术支撑。【方法】通过测定发酵液和菌体萃取物的抑菌活性,研究培养基成分对抑菌活性物质生物合成的影响;选择抑制细菌活性高和无抑菌活性的培养基进行发酵,通过转录组测序分析差异表达基因的功能,并利用紫外吸收光谱和UPLC-MS/MS鉴定活性物质的成分。【结果】所选用的7种链霉菌常用发酵培养基中,无论发酵液还是菌体萃取物,TSB、GS和R5培养基无抑制细菌活性;PDB、ISP2、MS和H有较强的抑菌活性。对PDB、ISP2和TSB发酵菌体进行转录组测序分析,共发现差异表达基因3 567个,KEGG富集分析发现差异基因多集中在global and overview maps、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等通路上,而且与TSB比,PDB和ISP2分别有18个和5个上调基因定位于moenomycin类物质的生物合成基因簇上。以标准品为对照,...