植物单细胞转录组测序研究进展

单细胞转录组测序是一种在单细胞水平上研究基因表达的技术.多孔板法和液滴法是目前应用于植物研究的两类主要的单细胞转录组技术.首先概述了植物单细胞转录组测序的技术原理和数据分析流程,然后介绍了植物单细胞转录组的研究进展,重点阐述了单细胞转录组测序技术在鉴定植物细胞类型、揭示细胞演化轨迹和构建细胞间调控网络中的应用.单细胞转...     

盐胁迫下两个甜瓜品种转录因子的转录组分析

利用新一代高通量测序手段——转录组测序（RNA-Seq）技术研究在300 mmol.L-1NaCl胁迫下两个甜瓜（Cucumis melo L.）品种‘玉露’和‘冰雪脆’的转录因子基因表达变化。这两个甜瓜品种在叶绿素荧光参数上的差异表明其在盐胁迫下有不同的生理反应。转录组测序结果表明,盐胁迫与对照相比,‘玉露’共有属于19个转录因子家族的56个转录因子基因表达发生变化（在转录水平,属于7个转录因子家族的22个转录因子上调表达,属于14个转录因子家族的34个转录因子下调表达）。‘冰雪脆’有属于20个转录因子家族的47个转录因子基因表达发生变化（在转录水平上,属于5个转录因子家族的17个转录因子上调表达,属于17个转录因子家族的30个转录因子下调表达）。盐胁迫下,两个甜瓜品种差异表达的转录因子既表现特异性,也存在部分重叠。‘玉露’有29个转录因子特异响应,‘冰雪脆’有20个特异响应。盐胁迫响应重叠的转录因子有27个,其中9个上调表达,18个下调表达。采用实时荧光定量PCR对几个转录因子进行了盐胁迫下的表达检测,其趋势与转录组分析结果基本一致。     

高通量转录组测序技术及其在鳞翅目昆虫上的应用

转录组是指组织或者细胞在某一特定状态下转录出来的所有RNA的集合。高通量第2代测序技术使转录组学的研究模式发生了巨大的改变,所衍生出的转录组测序迅速成为研究非模式生物的先进技术。转录组测序能够在整体水平上探究细胞内基因表达的种类和数量,揭示在特定条件下机体生理生化发生过程以及其中的分子机理。本文简要阐述了转录组测序技术的基本概念、技术流程与原理,详细介绍了转录组测序在解决鳞翅目昆虫的分类、毒理、发育、与寄主互作以及非编码RNA调控等问题上做出的贡献,并对该技术现存的困难进行了系统的阐述并对其未来的发展趋势作出了简要的预测与剖析。     

淹涝胁迫对水稻叶鞘和叶片中淀粉粒分布的影响

淹涝是世界上当前所面临的最严重自然灾害之一,尤其是近几年来,淹涝给我国的农业生产带来了巨大损失,全国平均每年受涝面积814万hm2,其中成灾面积448万hm2,损失粮食约28亿kg〔1〕。水稻是我国的主要粮食作物,并且分布于淹涝易发生的南方多雨潮湿地区和北方低洼地带,淹涝对水稻产量影响极大,因此,研究淹涝胁迫对水稻的伤害及水稻的耐淹机制越来越受到人们的重视〔2〕。淹涝对植物的伤害并非是因为水分过多而造成的直接伤害,而是由于淹涝造成的次生胁迫,其中最严重的是缺氧。在缺氧条件下,细胞中的碳水化合物代谢途径改变,对植物的生长和发育…     

针叶福禄考(Phlox subulata)抗寒基因的克隆及分析

低温影响着植物的生长、发育并限制着农业生产,因此,植物抗寒性的提高与分子育种具有实际意义。抗寒性植物的基因资源发掘能够为非抗寒性植物的抗性分子育种提供帮助。针叶福禄考(Phlox subulata)作为多年生草本花卉,具有很强的抗寒性。本研究利用转录组测序方法从针叶福禄考中筛选获得了6个重要冷调控相关基因,包括冷相关转录因子Ps ICE1和Ps CBF/DREB基因;冷调控基因Ps COR413pm和Ps COR413im以及抗氧化酶基因Ps SOD和Ps POD。PCR扩增与测序显示实际克隆的基因序列与测序结果相似性高达99%以上,说明转录组测序作为基因资源发掘方法的可靠性。此外,不同低温处理下的差异基因表达显示6个基因的表达量都随温度的降低而增加,说明它们与低温胁迫存在直接的应答关系并在植物应对冷胁迫中发挥着重要的功能。     

拟南芥响应高钙的miRNAs的筛选与鉴定

喀斯特地区土壤中钙含量较高。土壤钙含量过高会抑制植物生长,进而影响农作物产量和质量。目前,对植物应答和耐受高钙胁迫的机理研究还不深入。miRNAs在植物对生物和非生物胁迫的响应中起重要调控作用。本文应用转录组测序,对高钙响应拟南芥根部miRNAs进行分析,筛选到受高钙胁迫显著影响的12个miRNAs,并对其靶基因进行了预测和分析。实时定量PCR分析证实,大部分差异表达miRNAs和其靶基因表达负相关。本研究为进一步揭示miRNAs在植物响应高钙胁迫过程中的调控作用奠定了基础。     

不同盐度胁迫下杜氏盐藻全转录组测序及注释

【目的】通过对杜氏盐藻的转录组进行测序和基因功能分析,阐明不同浓度盐胁迫对杜氏盐藻生长发育以及不同信号途径的影响。【方法】分别获取9%NaCl浓度和24%NaCl浓度培养下的杜氏盐藻转录组并通过Illumina平台进行测序。将所得的序列进行拼接、去冗余处理。【结果】获得40682个unigenes,其中注释到NR数据库的10905个,注释到NT数据库的2768个,注释到SWISS-PROT数据库的7261个,注释到COG/KOG数据库的6499个。受到高盐胁迫的杜氏盐藻细胞相比低盐环境下,有717个基因表达上调,1012个基因表达下调。进一步对60个显著差异基因进行了功能聚类,发现盐胁迫诱导了光合作用途径的基因表达。【结论】杜氏盐藻通过提高光合作用基因表达增强耐盐性。该研究最大范围上挖掘了杜氏盐藻在高盐和低盐环境的基因转录水平,为深入揭示杜氏盐藻盐胁迫下基因差异表达提供了平台,并为进一步研究杜氏盐藻耐盐机理提供理论依据。     

镉胁迫下麻疯树转录组测序分析

麻疯树是一种能适应多种恶劣环境条件的能源植物,目前关于其抵抗重金属胁迫的分子调控机理尚不清楚。从组学水平整体分析其基因表达模式对于筛选关键基因、解析镉胁迫响应调控网络和促进分子育种具有重要意义。利用Illumina测序技术对水培条件下培养的处理组(Cd 100)和对照组(CK)麻疯树幼苗叶的转录组进行高通量测序,两个数据库的测序数据经de novo组装得到50448条高质量的Unigene。两个样品中发现了2551条差异表达基因,其中539条上调基因,2012条下调基因。根据不同数据库的注释信息,发现麻疯树镉胁迫引起叶片中多种代谢途径的变化,包括碳代谢,光合作用,植物激素信号转导以及植物病原响应途径。DAVID分析显示镉胁迫引起了麻疯树叶中与离子转运相关基因的变化,导致叶片中Na离子和铁离子稳态的变化。转录因子分析发现WRKY和ZIP在镉胁迫中发挥重要作用。用qRT-PCR技术对随机挑选的5个基因进行荧光定量验证,结果与测序数据一致,证实了差异表达基因数据的有效性。深入探讨了麻疯树镉胁迫的分子机理,为进一步应用于基因工程和植物修复提供基础。     

基因芯片研究植物逆境基因表达新进展

逆境胁迫影响植物的正常生长, 导致作物减产, 甚至绝收。提高作物的抗逆性一直是作物遗传育种学家追求的目标, 大量研究也正试图揭示这一复杂的生物学机制。传统的从生理生化水平到单一基因的研究都难以揭示植物复杂的抗逆机制, 而基因芯片(Gene chip)的应用使得这一目标成为了可能, 基因芯片从整个转录水平入手, 能够揭示大量基因的表达和调控情况, 同时结合蛋白质组学和代谢组学的研究方法, 将基因定位于代谢途径的某个位置, 寻找逆境胁迫响应的关键基因, 完善植物逆境胁迫响应的分子网络, 为今后利用生物技术手段提高作物抗逆境胁迫能力提供依据。文章主要对近年来基因芯片在植物逆境胁迫基因表达研究中的进展进行了综述。     

全转录组学在畜牧业中的应用

RNA作为一种大分子参与基因编码、解码、调控、表达等多种生物学过程。目前,对RNA的功能研究主要通过全转录组测序方法来完成。全转录组研究可以对基因结构与功能进行更深层次地分析和探究,揭示基因表达与生命现象之间的内在联系。现阶段,基于高通量测序技术的转录本结构研究、基因表达水平研究及非编码区域功能研究在模式动物、猪、禽类中已大量开展,但在羊上却鲜有报道。本文介绍了利用RNA-seq及Small RNA-seq技术研究全转录组的一般流程及常用策略,综述了全转录组学技术在畜牧业领域中的研究进展。     

基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究进展

新一代测序技术具有快速、 高通量和低成本的特点, 为“组学”研究带来了新方法、 新方案, 正在深刻地改变着当前生物学的研究模式。近年来, 新一代测序技术极大促进了昆虫特别是无参考基因组信息昆虫的转录组学研究。自2008年至今, 采用新一代测序技术已对7个目的68种昆虫进行了转录组测序, 其中由我国学者完成了6个目的22种昆虫的转录组测序。目前, 昆虫转录组学研究主要集中在基因挖掘、 分子标记开发、 基因表达分析等方面, 为全面揭示昆虫生命活动中相关基因功能、 系统发生与进化以及昆虫与其他生物相互作用等奠定了基础。本文总结了当前昆虫转录组学研究的已有成果, 分析了其今后的发展趋势, 讨论了采用新一代测序技术开展昆虫转录组学研究中存在的诸如研究对象相对局限、 测序准确性不够高等不足, 并指出开展昆虫转录组学研究时需充分思考所要回答的科学问题, 选择合适的研究策略, 评估性价比, 以及开发转录组信息高效利用的方法等。作者建议未来的研究方向侧重于： （1）大规模开展基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究, 特别是对其他目以及独特生态环境中的代表性昆虫应予以重点关注; （2）开发昆虫转录组数据存储及分析的软硬件; （3）合理利用新一代测序技术研究昆虫转录组并充分挖掘已测昆虫转录组中的遗传信息。     

植物响应盐胁迫组学研究进展

盐胁迫对植物生长的影响主要表现在离子毒害、渗透胁迫以及次级氧化胁迫等,植物遭受盐胁迫时迅速启动相关基因,进行转录调控,进而合成相应蛋白质来控制代谢物合成和离子转运以调节渗透平衡。随着现代分子生物学迅速发展,对植物耐盐机理研究也深入到了转录组、蛋白质组、代谢组及离子组等水平,"组学"研究为耐盐基因鉴定及标志性代谢物的挖掘等提供了有力手段。该文对近年来国内外有关转录组学、蛋白质组学、代谢组学、离子组学的主要研究方法及在盐胁迫中的应用研究进展进行综述,以揭示植物耐盐机理,为优良耐盐碱植物的筛选与培育提供支持。     

水稻耐淹涝性状的遗传分析和SSR标记的研究

淹涝胁迫对水稻生产造成了严重影响, 发掘可应用于耐淹涝辅助选择的分子标记(MAS), 将有助于水稻耐淹涝性状的遗传改良。应用耐淹涝材料FR13A和淹涝敏感材料IR39595-503-2-1-2为亲本做正反交获得F₁和F₂代群体。对正反交的F₁群体的耐淹涝性状进行遗传分析, 发现正反交的F₁代群体在耐淹涝性状上没有显著差异, 说明耐淹涝性状是核基因控制。从两次淹涝处理中F₂代群体的分离情况来看, 来源于FR13A的耐淹特性表现出数量-质量性状遗传的特点。当淹涝胁迫压力比较轻时表现为数量性状遗传, 具有微效多基因的作用。当淹涝胁迫压力增大时, 表现为主效基因控制的质量性状。在SSR分析中, 187对SSR引物中有73对引物在两亲本间有明显的差异, 差异率为39%。用这73对差异引物, 对F2群体进行多态筛选, 结果筛选到一个与耐淹涝性状连锁的标记RM219, 验证了耐淹涝性状确实由主效基因Sub1控制, 因此, RM219在水稻耐淹涝育种中具有利用价值。     

拟南芥不同组织基因表达及可变剪接差异分析

可变剪接是转录后重要的基因表达调控方式,也是转录组和蛋白质组多样性的重要来源. 近年来随着拟南芥、水稻、玉米等植物转录组测序的完成,研究人员发现植物pre-mRNA可变剪接的发生与组织分化、发育等生物学过程密切相关. 本工作基于GEO数据库的RNA-seq数据,使用高通量测序数据分析常用的Trimmomatic、Salmon、DESeq2、SUPPA2等工具,识别了拟南芥的种子、根、叶、花、花梗、节间、长角果共7种组织的表达基因和可变剪接事件,以及7种组织间的差异表达基因和差异可变剪接事件,并以叶和花为例展示了相应的生物学功能分析. 该工作系统地研究了拟南芥基因表达和可变剪接发生的组织特异性,有助于进一步阐明植物基因组的基因表达调控机制.     

单细胞转录组技术及其在人类细胞图谱构建中的应用

单细胞转录组技术在单细胞水平上进行转录组测序,提供了单个细胞的基因表达差异信息,使在单细胞尺度下研究个体细胞、相关环境细胞及其相互作用的机理成为可能.近年来,单细胞转录组技术在c DNA扩增原理上经历了从末端加尾、体外逆转录到模板置换的方法发展,大大提高了基因检测的数量、基因表达的准确性等.同时,在单细胞选取方式上进行了从96/384孔板到油包水液滴以及纳米微孔的创新,在提高通量和重复性的同时降低了整体实验成本.单细胞转录组技术广泛应用于细胞群体分类和异质性研究,推动了从发育生物学到正常、病态组织细胞图谱的构建.本文对单细胞转录组技术近年的技术进展以及在人类细胞图谱构建中的应用进行了综述.     

高通量转录组测序技术在植物雄性不育研究中的应用

植物雄性不育是指植物雄蕊发育受阻不能产生正常有功能花粉的现象。植物雄性不育不仅是生殖生理研究的宝贵材料,也是植物杂种优势利用的重要工具。由于高通量转录组测序技术几乎可以检测细胞内所有mRNA及非编码RNA的信息,已被广泛应用于生命科学研究的各项领域。在植物雄性不育相关研究中,高通量转录组测序技术在不同物种、不同败育类型中的应用已有报道,这为研究者在转录组水平综合了解植物雄性不育的分子机制及代谢网络提供了帮助。本文从测序文库构建策略、差异表达基因、非编码RNA的功能特征等方面综述了高通量转录组测序在植物雄性不育机理方面的研究进展,并探讨了转录组测序技术在花粉败育机制解析及育性相关基因定位中的应用价值,以期为植物雄性不育的相关研究提供参考。     

镉胁迫下地钱转录组的性别特异性响应机制

地钱(Marchantiapolymorpha)作为雌雄异株的苔纲植物,具有对重金属胁迫敏感的特性,且种群中雌雄比例差异较大,是研究重金属环境下植物性二态的理想对象之一。为探究雌雄地钱转录组对重金属镉的响应机制差异,利用高通量测序和加权基因共表达网络分析(WGCNA),鉴定了在镉胁迫条件下与不同性别地钱有关的模块和基因。结果表明,镉胁迫响应转录因子雌雄差异主要集中于bHLH、 ERF和MYB家族。关键差异响应基因包括MARPO＿0147s0038、MARPO＿1326s0001和MARPO＿0015s0058。差异响应通路雌性主要集中在信号转导通路,雄性则集中于类黄酮生物合成。研究结果有助于揭示雌雄异株地钱对镉胁迫的反应过程和响应机制,可为理解雌雄异株植物对重金属胁迫的性别特异性响应机制提供参考。     

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。     

全长转录组测序在植物中的应用研究进展

全长转录组测序(Iso-Seq)是指使用第三代测序(TGS)技术获得mRNA的全长序列。随着以单分子实时(SMRT)测序为代表的TGS技术逐渐发展成熟,以及该技术在基因组和转录组de novo测序等方面的优势,全长转录组测序技术已经广泛被应用于动物、植物、微生物测序研究中,并挖掘出大量相关数据。本文综述了基于Iso-Seq技术的原理及其在模式植物和非模式植物研究中的应用,期望为研究植物全长转录组相关分析提供参考。