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。     

苗期水稻响应褐飞虱取食的基因差异表达分析

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens (St?l)是水稻的重要害虫之一,主要刺吸水稻韧皮部汁液为害,对水稻生产造成严重的产量和经济损失。为研究水稻响应褐飞虱取食的分子机制,对褐飞虱取食6 h后的苗期水稻进行转录组测序及基因差异表达分析。【方法】采用illumina二代测序技术获得褐飞虱取食前后水稻组织的转录组数据,利用RSEM软件进行基因表达定量和DEseq2进行差异表达分析;从差异表达基因中随机选取20个基因采用荧光定量PCR技术进行验证;采用GeneMerge软件对差异表达基因进行KEGG和GO富集分析。【结果】褐飞虱取食后,水稻转录组中的1 104个基因出现了差异表达,其中435个基因表达上调,669个基因表达下调。荧光定量PCR结果显示,20个差异表达基因中18个基因的表达变化趋势和测序结果一致,证明了转录组分析结果可靠。GO和KEGG富集分析表明,表达上调基因主要与水稻氧化应激、海藻糖合成及次生化合物代谢有关,显著富集在14个KEGG通路和30个GO功能分类中;而表达下调基因主要参与水稻纤维素、蛋白质及脂肪酸合成过程,显著富集在29个KEGG通路和26个GO功能分类。在差异表达基因中,分别有61个转录因子和13个水杨酸和茉莉酸信号通路相关基因。【结论】褐飞虱取食激发了水稻的应激反应和保护机制,同时还降低了营养合成的过程,是飞虱为害造成水稻减产的原因之一。本研究初步揭示了苗期水稻响应褐飞虱取食的差异表达基因,为研究水稻-褐飞虱互作机制以及褐飞虱抗性水稻品种培育提供了参考和依据。     

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。     

感染黄龙病菌亚洲柑橘木虱基因表达的转录组学分析

【目的】了解亚洲柑橘木虱Diaphorina citri Kuwayama与黄龙病菌Canditatus Liberibacter asiaticus的分子互作机制。【方法】利用转录组(RNA-Seq)方法分别对携带和未携带黄龙病菌的柑橘木虱成虫进行转录组测序,根据获得的转录信息分析木虱携带黄龙病菌后基因表达的差异。【结果】获得了1 502个差异表达的unigenes,在带菌木虱中上调和下调的基因分别有746和756个。共有1 099个unigenes比对上NCBI蛋白数据库并获得功能注释;852个被聚类到GO的三大功能中;931个被注释到KEGG的239个代谢通路中。根据差异表达基因的GO分析,木虱代谢过程和催化活性的相关基因明显上调。此外,筛选出53个免疫相关的unigenes中,28个与细胞免疫、25个与免疫信号路径相关,分别有64%和32%表达上调。【结论】黄龙病菌和媒介昆虫柑橘木虱存在互作关系,病菌入侵后可能通过代谢活动相关基因的上调和免疫相关基因的差异表达而影响木虱的代谢活动和免疫反应过程。     

环境胁迫和非胁迫条件下类植物乳杆菌转录组分析

【背景】类植物乳杆菌L-ZS9是一株在食品发酵与保鲜方面具有潜在应用价值的产细菌素益生菌。【目的】深入了解环境胁迫影响类植物乳杆菌L-ZS9细菌素合成的重要相关调节基因的信息。【方法】通过高通量测序技术对类植物乳杆菌转录组进行测序,对所有转录本进行COG(Clusters of Orthologous Groups)、GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分类和Pathway注释。【结果】转录组测序显示2个样品基因覆盖度都在90%以上,差异表达基因927个,其中744个上调,183个下调。KEGG分析结果表明,649个差异表达基因中68个集中在"ABC转运途径",占10.48%,其中3个基因表达上调超过16倍,1个基因表达下调超过1/16,暗示类植物乳杆菌L-ZS9细菌素合成与"ABC转运途径"密切相关。另外多个孤儿基因表达变化也超过16倍,有的甚至表达上调达万倍。【结论】进一步拓展了类植物乳杆菌的基因信息,为类植物乳杆菌细菌素代谢途径和逆境反应研究提供了坚实的基础。     

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．     

西伯利亚蝗卵发育过程的比较转录组分析及滞育关联基因筛选

【目的】通过筛选西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus卵滞育基因及代谢通路,初步明确西伯利亚蝗卵滞育分子机理。【方法】利用Illumina NovaSeq 6000测序平台对西伯利亚蝗早期发育(ES)、滞育(DS)和滞育后发育阶段(PS)的卵进行转录组测序;采用GO和KEGG富集分析并结合文献,预测滞育相关通路并聚类热图分析,筛选蝗卵滞育关联基因,并选取其中6个重要基因进行qRT-PCR验证。【结果】DSvs ES和PS vs DS两比较组分别富集到12 419和4 789个差异表达基因,且多上调表达;两比较组共表达差异基因为2 206个,主要与糖代谢、环境胁迫和生长发育相关。DS vs ES组富集最显著的GO条目为蛋白结合,PS vs DS组GO条目主要包含酶活性、细胞骨架构建及蛋白结合等过程。滞育关联基因主要集中在Wnt信号通路、胰岛素信号通路、细胞周期通路以及昆虫激素生物合成等通路。6个重要的滞育关联基因的表达量变化趋势与转录组数据结果基本一致。【结论】本研究初步明确了西伯利亚蝗卵滞育调控的重要代谢途径,并筛选出20个滞育关联基因,为后续深入研究该物种的适应机理奠定了基础。     

基于RNA-Seq技术分析鼠源宿主防御肽对铜绿假单胞菌成熟生物被膜的清除作用

【目的】利用RNA-Seq技术探究修饰后的鼠源宿主防御肽CRAMP对铜绿假单胞菌PAO1成熟生物被膜的影响。【方法】采用结晶紫法检测生物被膜量,激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)观察生物被膜形态学变化;利用Illumina二代高通量测序平台,采用PE150测序策略分析了CRAMP修饰肽干预PAO1生物被膜与对照组在转录水平的基因表达差异;利用1,3-萘二酚方法测定了PAO1生物被膜中藻酸盐含量。【结果】CRAMP修饰肽能显著减少PAO1成熟生物被膜量,并且在0.98–62.50μg/mL范围内呈一定浓度依赖性,CLSM显示CRAMP修饰肽能够显著减少细菌总荧光强度。转录组测序获得了12636700段干净读对,共鉴定出1582个差异基因,发现800个基因表达上调,782个基因表达下调。GO功能富集分析显示,1226个基因比对到GO功能分析数据库,在这些差异表达基因中,与分子功能、生物过程和细胞组成有关。KEGG通路富集分析显示,有603个表达差异显著基因比对到KEGG中的96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、三羧酸循环、生物被膜调控系统等。分析发现CRAMP修饰肽可能作用于PAO1 c-di-GMP系统,增强细菌运动性和生物被膜分散,并且与其密度感应(quorum sensing,QS)系统和藻酸盐合成相关。最后经验证,CRAMP修饰肽显著减少了PAO1成熟生物被膜中藻酸盐的含量。【结论】CRAMP修饰肽对PAO1成熟生物被膜具有明显的清除作用,且能导致成熟生物被膜藻酸盐含量下降。通过转录组数据分析,可能是由于CRAMP修饰肽使PAO1c-di-GMP水平下调导致的,具体机制还有待进一步探究。     

基于转录组与翻译组的海洋食烷菌(Alcanivorax)烷烃代谢调控研究

【目的】食烷菌是海洋烃类降解优势菌,其烷烃代谢调控机制有待深入研究。本研究拟从食烷菌转录和翻译水平上认识烷烃降解的调控过程。【方法】分别以乙酸和正十六烷(C16)为唯一碳源与能源,获取柴油食烷菌(Alcanivorax dieselolei) B5菌株的转录组和翻译组数据,并整合数据计算得到该菌在2种碳源培养条件下基因的翻译效率。采用基因本体论(gene ontology, GO)和京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG)对差异翻译和翻译效率基因进行功能和代谢通路注释。【结果】当以C16为唯一碳源与能源时,B5菌株烷烃代谢途径的关键基因在转录与翻译水平均大量提升,包括烷烃单加氧酶、细胞色素P450氧化酶、醇脱氢酶和醛脱氢酶等。KEGG富集结果表明,翻译水平显著上调基因参与了肽聚糖生物合成、脂肪酸降解、氯代烷烃降解、氧化磷酸化和生物膜形成等通路;翻译效率差异基因主要富集在铁载体非核糖体肽的生物合成、氧化磷酸化和不饱和脂肪酸的生物合成等途径。通过转录组和翻译组学的联合分析显示,为了适应烷烃氧化,B5有效地协调了转...     

感染和未感染南方水稻黑条矮缩病毒的白背飞虱成虫唾液腺转录组比较分析

【目的】白背飞虱Sogatella furcifera是南方水稻黑条矮缩病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV)传播的主要介体,其唾液腺在取食和传毒的过程中都发挥着重要作用,本研究旨在通过对带毒与不带毒白背飞虱成虫的唾液腺进行转录组测序,进而比较分析找出差异表达基因,推测出唾液腺中与传毒相关的基因。【方法】利用Ion ProtonⅡ,PGM平台进行带毒与不带毒白背飞虱成虫唾液腺转录组测序,用SOAPdenovo软件从头组装,通过blast X比对进行基因注释。采用Blast2go和Blastall软件对所测基因的GO功能富集和KEGG代谢途径进行分析;釆用RPKM分析差异表达基因。【结果】带毒和不带毒白背飞虱的唾液腺转录组样本的原始数据经过软件处理后分别获得52 062和51 407条unigenes序列(GenBank登录号分别为SRS851833和SRS843978),平均长度分别为639和647 bp。通过NR数据库比对,共18 431个unigenes具有同源序列,与赤拟谷盗Tribolium castaneum的同源序列最多(16.23%)。所有unigenes富集到52个GO类群,240个KEGG信号通路。白背飞虱在感染南方水稻黑条矮缩病毒后,唾液腺有89个unigenes序列的表达发生变化。【结论】本研究通过比较分析带毒与不带毒白背飞虱唾液腺转录组样本后,发现有部分基因序列的表达存在差异,这些基因序列可能和病毒与载体的互作有关。转录组数据的获得为研究与取食和传毒相关的基因提供了有用的信息,从而在分子水平上为后续研究白背飞虱与SRBSDV互作机制奠定基础。     

Evaluation of the Effect of Light Intensity on the Measurement of the Photosynthetic Rate in Plankton Microalgae by the Chlorophyll Fluorescence Method

The use of relative variable fluorescence (RVF) of chlorophyll, as measured in the presence of Diuron, an inhibitor of electron transfer, for the estimation of the photosynthetic activity of plankton microalgae was analyzed under a wide range of light intensities in the PAR region. Oxygen evolution rates (estimated by the method of light and dark bottles and the amperometric method), RVF, and chlorophyll a concentration were measured in parallel in natural algal cenoses and microecosystems. When the previously used regression equation, in the form A = b(F/F _d)C _chl I, where A is O₂ evolution rate (g/(m³ h), F/F _d is RVF (relative units), C _chl is chlorophyll a concentration (mg/m³), and I is light intensity (W/m²), was verified in the PAR region, we observed a nonlinear dependence of the correction coefficient b on I, which can be described by the formula b = 6.227 × 10³I. This result agrees with the hypothesis that chlorophyll a fluorescence quenching comprises photochemical (qQ) and energy (qE) components. On the basis of the energy model, we determined the upper limit b _max = 0.003 for light intensity range I< 4.4 W/m² and the lower limit b _min = 0.0003 for I = 400 W/m².     

光合作用对光和二氧化碳响应的观测方法探讨

用便携式光合仪LI-6400观测自然条件下生长的盆栽蚕豆叶片光合作用对光和二氧化碳的响应发现：（1）用未经过光合诱导的叶片观测光合作用对光的响应会得到即使在全太阳光强下光合作用仍然不饱和的假象;（2）利用某些经验方程计算的饱和光强远低于实际观测值;（3）在观测光合作用对CO2的响应过程中,每一次CO2浓度变化都应当伴随一次光合仪的匹配步骤,否则所得结果偏差很大;（4）在不饱和光下观测光合作用对CO2的响应,会导致对叶片光合能力的低估。     

光合单位的周转率与叶片光合速率的关系

利用闪光技术,测得若干高等植物叶片的光合单位为 1450～2050 Chl/CO_2。在含O_2 2％及CO_2浓度和光通量密度都饱和的条件下,测得叶片的连续光合速率为25～70μmol CO_2 m~(-2) s~(-1)。从上述数据及叶片叶绿素含量计算,得叶片光合单位的周转率已达80～160次/s。这样的周转速率与Emerson当初用改变闪光间暗间隔而测到的光合单位周转时间相似(即<10 ms/次,或>100次/s),从而证实了光合单位的周转与光合速率直接有关。这样的速率可称之为叶片光合的理论速率。     

Remote control of photosynthetic genes by the mitochondrial respiratory chain

In this paper, we study whether mitochondrial respiration has an impact on the biogenesis of photosynthetic apparatus in the unicellular alga, Chlamydomonas reinhardtii. When respiration was activated by acetate in the dark, mRNAs of nuclear-encoded photosynthetic genes were induced. This induction did not occur in the cells treated with respiration inhibitors or in respiration mutants. An uncoupler of oxidative phosphorylation did not inhibit this mRNA induction; rather, it enhanced it in response to the increase in respiratory electron transport (RET). Plant and algal mitochondria have two RET pathways: the cytochrome pathway and the alternative pathway. Inhibitors of the former pathway inhibited mRNA induction, but inhibitors of the latter enhanced it. Taken together, these indicate that photosynthetic gene mRNAs are induced in response to activation of the cytochrome pathway. This RET-responsive induction is analogous to the photosynthetic electron transport (PET)-responsive induction of photosynthetic gene mRNAs (Matsuo and Obokata, Plant Cell Physiol. 43, 1189). PET-responsive induction occurred in photo-autotrophic and mixotrophic conditions, while RET-responsive induction occurred in mixotrophic and dark heterotrophic conditions. These results indicate that the regulatory system of photosynthetic genes changes between chloroplastic PET-dependent type and mitochondrial RET-dependent type in response to shifts in the dominant energy source between photosynthesis and respiration.     

Some Critical Remarks on the Suitability of the Concept of the Photosynthetic Unit in Photosynthesis Research and Phytoplankton Ecology

Based on the classical definition of the photosynthetic unit after Emerson and Arnold, new definitions are presented and their consistency subjected to critical reflection. Modern molecular approaches to determine the physiological condition or even the efficiency of the photosynthetic machinery via determination of the magnitude of the photosynthetic unit are discussed against the background of new data on the dynamics of the thylakoid membrane.     

A new methodical approach to determine the quantum yield of the conversion of electronic excitation in the reaction centers of purple bacteria

A new methodical approach is proposed for precise determination (better than ± 2%) of the quantum yield of charge separation in the reaction centers of purple bacteria; for Rhodospirillum rubrum this value proves to be 93.5%.     

Comparative effects of light during growth on the photosynthetic properties of NADP-ME type C4 grasses from open and shaded habitats. II. Photosynthetic enzyme activities and metabolism*

Abstract The influences of shading during growth upon the activities of several photosynthetic enzymes were examined in NADP-ME type C₄ grasses from open (Zea mays L.) and shaded (Paspalum conjugation Berg.) habitats. The substantial species-difference in maximum photosynthetic rate observed under a high light regime was correlated with large differences in both enzyme activities and leaf protein contents. With the exception of RuBP carboxylase activity, other photosynthetic enzyme activities in Z. mays were reduced by shading to a similar extent as maximum photosynthetic rate. In contrast, only PEP carboxylase and pyruvate, P_i dikinase activities were decreased by shading in P. conjugatum. As with maximum photosynthetic rate, other photosynthetic enzyme activities in P. conjugatum were relatively insensitive to irradiance during growth. Under a low photon flux density of photosynthetically active radiation (50 μmol m^?2 s^?1), the flow of [¹⁴C] label through photosynthetic intermediates in intact, shade-grown leaves of P. conjugatum was typical of C₄ metabolism. This provides incontrovertible proof for the occurrence of C₄ photosynthesis in shaded habitats.     

IAA及KCN在黄瓜子叶离体叶绿体氧化还原作用过程中的相互作用

ＩＡＡ对于不同时期的叶绿体ＤＣＰＩＰ光还原均有促进效应。而对叶绿体的放氧效率的促进则随子叶叶岭的增长而下降至零。ＣＮ＾－（１０＾－３ｍｏｌ／Ｌ）存在时不同程度地抑制叶绿体的ＤＣＰＩＰ光还原和氧化放氧。而ＩＡＡ（１０＾－５,１０＾－４ｍｏｌ／Ｌ）则能消除ＣＮ＾－的抑制作用而仅表现ＬＡＡ原有的促进作用。同时,ＩＡＡ可以释放照光和不照光条件下ＫＣＮ对离体叶绿体分解外源Ｈ２Ｏ２的抑制。叶绿体光系统的光还原     

不同比例红蓝光对番茄幼苗生长和光合作用的影响

为了探索番茄幼苗生长发育对红蓝组合光的响应机制,本试验采用发光二极管(LED)精量调制光源,以番茄品种‘SV0313TG’为试材,设红光(R)、蓝光(B)和红蓝组合光(9R1B、6R1B、3R1B、1R1B、1R3B)7个处理,以白光为对照,研究不同比例红蓝光质对番茄幼苗生长、光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数及根系活力的影响.结果表明:不同比例红蓝光质处理对番茄幼苗生长的影响具有明显差异.红光显著促进幼苗株高增加,比叶面积增大,胞间CO₂浓度提高,但PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Ф_PSⅡ)降低,根系生长受阻,根系活力下降,壮苗指数降低;蓝光下幼苗生长受到明显抑制,叶绿素含量降低,但叶绿素a/b 值升高;红蓝组合光有利于番茄幼苗的生长发育,3R1B处理下植株干物质量、叶绿素含量和光合性能均显著提高,幼苗生长健壮,壮苗指数最大.综上,红蓝组合光能够增加番茄幼苗叶片光合色素含量,提高光合效率,促进植株生长,尤以3R1B处理最佳.     

苹果褐斑病菌侵染对苹果叶片光合机构功能的影响

为了探究苹果褐斑病菌侵染对苹果叶片光合机构的伤害机制,以‘寒富’苹果为试材,研究苹果褐斑病菌侵染对苹果叶片光合作用和光系统功能的影响。结果表明：随褐斑病菌侵染加重（叶片感病程度分0、1、2、3、4和5级）,叶片的叶绿素a含量和总叶绿素含量持续下降,其中2～5级与对照相比差异显著,病菌侵染提高了叶片类胡萝卜素含量,但仅以2级与对照差异显著。苹果褐斑病菌侵染显著降低了叶片的净光合速率（Pn）,3～5级病叶的Pn分别较对照下降44．9％、56．6％和70．3％,而胞间CO2浓度（Ci）上升,说明非气孔因素是光合作用的主要限制因子。褐斑病菌侵柒影响了光合电子传递效率,随病菌侵染程度加重,光系统Ⅱ反应中心、供体侧放氧复合体（Wk）和受体侧（Vj）受到的伤害加重,并引起苹果叶片PSII的光合性能指数用PIABS和PSI受体侧末端电子受体的量子产额（φRo）急剧下降。褐斑病菌侵染加重了苹果叶片的膜脂过氧化程度,1～5级感病叶片的丙二醛（MDA）含量均显著高于对照,引发超氧化物歧化酶（SOD）及过氧化物酶（POD）活性的上调。以上结果表明,苹果褐斑病菌侵染引起叶片光合色素降解,对PSII反应中心、受体侧和供体侧造成伤害,进一步影响了PSI的电子传递效率,并导致叶片膜脂过氧化,造成苹果叶片光合能力下降。