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。     

针叶树基因组特征及其序列资源挖掘进展北大核心CSCD

针叶树是裸子植物中最大也是分布最广的一支。作为多年生木本植物,针叶树不仅为工业提供建筑、造纸等重要原料和其它可再生能源,而且在北半球的生态平衡中也起着重要作用。因其独特的分类地位、重要的经济价值和生态价值,针叶树序列资源挖掘备受重视。然而其庞大且复杂的基因组阻碍了这一进程,截至2013年4月,尚无获得全基因组序列的针叶树种。随着第2代测序技术的出现及生物信息学的快速发展,针叶树序列资源挖掘也从转录组过渡到全基因组测序,后者已在松属(Pinus)、云杉属(Picea)和黄杉属(Pseudotsuga)部分树种中开展。该文首次归纳了针叶树基因组特征,回顾了针叶树序列资源挖掘进程,并重点介绍了火炬松(Pinus taeda)、欧洲云杉(Picea abies)和白云杉(Picea glauca)的全基因组测序项目。     

糜子黄、黑果皮遗传及转录组学分析北大核心CSCD

为了解糜子黑色与黄色果皮的遗传规律以及其形成机理,利用黄色果皮品种‘黄粒糜Ⅰ’和黑色果皮品种‘2016106Ⅰ’构建杂种F1、F2代,分析果皮颜色的遗传规律,利用F3代籽粒进行转录组测序,挖掘影响糜子籽粒颜色的关键基因。试验结果表明,黑色对黄色为显性,由单基因控制;根据GO和KEGG富集分析结果,共筛选出13个与类黄酮合成途径相关的差异基因,仅有C2845_PM02G08740、C2845_PM04G29280和C2845_PM09G22680为上调表达基因,其余10个均为下调表达基因,上述基因编码肉桂醇脱氢酶和肉桂酰CoA还原酶等多种酶,与颜色的形成密切相关。     

不同恢复型大豆细胞质雄性不育杂种F_(1)的转录组分析北大核心CSCD

恢复系的恢复能力在三系杂种F_(1)的育性稳定中发挥着重要的作用。本研究以相同不育系为母本和不同恢复能力的强、弱恢复系为父本配制的2个大豆细胞质雄性不育杂种F_(1)为研究对象,在开花期对其不同大小的混合花芽进行转录组测序。经比较分析,共筛选出2060个差异表达基因(DEGs,differentially expressed genes),其中相对以强恢复系为父本配制的杂种F_(1),在弱恢复系为父本配制的杂种F_(1)中1446个差异表达基因下调表达,614个差异表达基因上调表达。qRT-PCR分析验证RNA-Seq结果是可靠的。对差异表达基因进行生物信息学分析,GO富集分析表明细胞外围、果胶酯酶抑制剂活性、果胶酯酶活性、细胞壁和外部封装结构等功能为主要的差异生物学功能;KEGG通路富集分析表明戊糖葡萄糖醛酸相互转化、植物病原相互作用和糖酵解/糖异生等通路为主要的差异代谢通路。根据差异转录学分析结果结合相关文献报道,推测大豆细胞质雄性不育杂种F_(1)的育性稳定性与花粉细胞壁发育、碳水化合物代谢和植物病原相互作用等相关基因有关,当环境条件变化导致其功能平衡打破时,将会出现不育及育性发生转变。本研究为从育性稳定性方面了解大豆细胞质雄性不育及育性恢复的分子机理提供了有价值的信息。     

酿酒葡萄‘赤霞珠’VvbHLH 93基因的克隆及分析北大核心CSCD

bHLH93转录因子参与调节植物的生长发育、应对各种胁迫等多种生理过程,该研究以酿酒葡萄‘赤霞珠’为试验材料,采用RT-PCR方法克隆葡萄VvbHLH 93基因全长,并进行生物信息学分析;用qRT-PCR法分析bHLH93在不同组织和果实不同发育时期的表达量,为进一步探索VvbHLH 93基因的功能及其机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆获得葡萄VvbHLH 93,该基因cDNA全长为1319 bp,开放阅读框长度为939 bp,编码312个氨基酸,相对分子量为35.18 kD,理论等电点为4.68,无信号肽和跨膜域,属于bHLH转录因子家族。(2)葡萄bHLH93蛋白与荷花的亲缘关系较近;VvbHLH93蛋白的C端为酸性结构区,富含丝氨酸、苏氨酸磷酸化位点;VvbHLH 93基因的启动子含有光响应元件和低温、干旱、赤霉素等应答元件。(3)qRT-PCR分析表明,VvbHLH 93在‘赤霞珠’中的表达具有组织特异性,在叶片中基本不表达,在茎中的表达量最高;随着赤霞珠葡萄果实的发育成熟,VvbHLH93相对表达量不断降低,到幼果期(直径>2 mm)后第5周开始相对表达量基本为0,总体呈现降低的变化趋势;与对照相比,在低温胁迫、盐胁迫、高温胁迫及充分灌溉胁迫下VvbHLH 93表达量显著降低。研究推测,VvbHLH 93基因可能是葡萄抗逆胁迫的负转录因子。     

转录组学对转基因杨树表型变化的代谢调控机制解析北大核心CSCD

D型细胞周期蛋白(D-type cyclin)调控着细胞周期G1/S的转变,在植物生长发育过程中发挥重要作用。转基因杨树PtoCYCD2;1(OE-PtoCYCD2;1)植株出现明显的表型变化,株高降低,茎粗变细且叶片发生卷曲。该研究以转基因杨树OE-PtoCYCD2;1为研究材料,通过转录组学测序和生理指标变化并结合植株表型特征分析PtoCYCD2;1在植物生长发育中的功能,为研究木本植物D型细胞周期蛋白功能提供理论基础。结果表明:(1)在OE-PtoCYCD2;1中共鉴定得到1269个差异表达基因,其中有700个上调表达,569个下调表达。分析发现,有26个属于AP2/ERF转录因子的基因上调表达;有8个下调的差异表达基因富集在木质部合成通路中;在碳代谢通路中共富集27个下调差异表达基因,其中有8个基因富集到卡尔文循环通路中。(2)qRT-PCR实验结果显示,9个差异表达基因的qRT-PCR结果与RNA-seq测定的表达水平变化趋势一致,表明所用RNA-seq结果可靠。(3)生理指标分析发现,与野生型(WT)相比,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1的幼叶和成熟叶的总叶绿素含量分别增加57.36%和78.22%;成熟叶的可溶性糖含量下降了12.72%;幼叶和成熟叶中的木质素含量分别下降了4.48%和8.03%;幼茎和成熟茎中的木质素含量分别下降了20.03%和31.63%。研究认为,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1通过影响杨树碳代谢和木质素合成过程中相关基因的表达,从而造成转基因植株相应代谢物含量减少,最终导致植株表型改变,总体生物量降低。     

基于RNA-Seq转录组测序技术揭示肉兔生长发育调控的分子机制

为研究肉兔肌肉生长发育调控的分子机制,本试验以84日龄齐卡巨型白兔和齐兴肉兔为研究对象,屠宰后取背最长肌组织并提取总RNA,反转录建立c DNA文库,利用Illumina HiSeq 2500测序平台进行测序,并进行序列分析和注释。筛选与肉兔肌肉生长发育相关的信号通路及差异表达基因,最后进行荧光定量PCR验证。结果表明:齐卡巨型白兔和齐兴肉兔背最长肌中显著差异表达基因总数为833个,其中齐卡巨型白兔中显著上调基因325个,显著下调基因508个。KEGG功能注释发现差异基因显著富集到PI3K-AKT通路、癌症通路和黏着斑通路,最终筛选出4个可能与生长发育显著相关的差异表达基因,为进一步对肉兔进行遗传改良提供了理论基础。     

马兜铃酸I致急性肾损伤的分子机制研究CSCD

本研究通过开展马兜铃酸I(aristolochic acid I,AAI)致急性肾损伤的转录组学分析,以探讨AAI肾毒性的分子机制。雄性C57BL/6小鼠15只,随机分为正常组(n=6)和模型组(n=9)。模型组小鼠腹腔注射AAI 20 mg/kg,每天1次,连续5天,第6天处死。检测血清肌酐(Scr)、尿素氮(BUN)水平,苏木精-伊红染色(HE)观察肾组织病理变化;两组各随机选取3例肾组织提取RNA进行高通量转录组测序,将两组间差异倍数(fold change,FC)≥2.0且P值<0.01定义为差异基因,筛选正常肾与模型肾组织差异基因,应用GO、KEGG数据库进行功能分析;并选择两组间差异倍数变化最为明显的前5个基因进行qRT-PCR验证。最终发现,与正常组相比,模型组小鼠血清Scr、BUN含量明显升高;HE染色显示,正常肾组织结构正常,肾小球、肾小管、肾间质均未见到明显改变;模型组肾组织结构紊乱,肾小球水肿、固缩,近曲小管上皮细胞脱落。采用高通量转录组测序,按照筛选条件最终获得差异基因共计4975个,其中上调基因有2511个,下调基因有2464个。聚类分析发现差异表达基因中前5位为kap、Spp1、Aldh1a2、Serpine1、Tnc。GO与KEGG富集分析发现,差异基因主要在小分子代谢过程、胞外间质组织、中性粒细胞参与的免疫应答、颗粒腔、细胞质囊泡腔等相关的GO分类中显著富集;在炎症信号通路、过氧化反应、糖代谢等途径中富集明显。qRT-PCR检测提示,模型组kap表达减少,Spp1、Aldh1a2、Serpine1与Tnc表达增加,与转录组结果一致。这表明AAI具有明显的肾毒性,其毒性机制可能与炎症反应、氧化应激、糖代谢等途径相关。     

自噬的相关分子机制北大核心CSCD

细胞自噬是真核生物中高度保守的一类生物学途径,它通过降解细胞浆内不同组分,维持细胞自身平衡并帮助细胞在应激情况下生存。自噬在生物体生长发育、免疫防御、肿瘤抑制及神经退行性疾病中都有重大的意义。哺乳动物细胞中,自噬过程主要由自噬相关蛋白(Atg)所形成的一系列复合物所调控,这些蛋白质分别在自噬的启动、自噬泡的形成、延伸及成熟和降解过程中发挥重要的作用。在此,本文针对一些重要的自噬相关蛋白质对近年来自噬分子机制的研究进展做一总结。     

沙棘刺和芽的组织解剖与转录组分析北大核心CSCD

该研究通过组织切片分析比较了沙棘刺与芽的组织染色差异,通过转录组测序分析比较了刺和芽的基因表达谱差异,通过qRT-PCR验证候选基因的表达水平,为进一步通过基因工程手段调控沙棘刺的发育提供候选基因。结果表明:(1)沙棘芽横切面的组织边界层次分明,而沙棘刺横切面的组织边界模糊,且刺尖中心的红色区域较大,木质素自发荧光结果表明刺中木质化程度显著增强。(2)转录组分析组装得到81560个单基因(unigenes),其中包含9385个差异表达基因(DEGs)。(3)GO和KEGG富集分析表明,富集程度最高的基因主要与细胞壁、表皮、气孔发育有关,尤其是与木质素合成途径相关;芽刺相关DEGs分析结果表明,木质素合成相关DEGs共20个,角质、木栓质和蜡质生物合成相关DEGs共29个,植物表皮发育和气孔复合体发育的相关DEGs相同共14个;结合文献分析推测,部分热头蛋白基因参与控制沙棘刺顶端分生组织消失,木质素合成相关基因则与刺硬化过程密切相关。(4)qRT-PCR分析验证显示,与芽相比,挑选的6个木质素合成相关DEGs中有3个分别上调了9.5倍、41.1倍和13.7倍,3个下调至5%、14%和24%;挑选的4个角质、木栓质和蜡质生物合成相关DEGs中有2个分别上调3.6倍和22.1倍,另外2个下调至3%和6%;挑选的4个表皮和气孔发育相关DEGs均下调至6%、13%、3%和4%;关键基因的相对表达水平与转录组测定的TPM值可相互印证,表明验证结果与转录组分析结果一致。研究发现,沙棘刺和芽具有明显的形态和组织差异,二者间的DEGs主要与木质素合成以及细胞壁、表皮和气孔发育有关。     

生物电化学系统对运动发酵单胞菌代谢的影响北大核心CSCD

生物电化学系统能促进微生物与电极间的相互作用,从而改变微生物的代谢状态。本工作为研究运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)在电环境中的代谢表现,在外接3V电源的H型电化学发酵装置中测试了其发酵效能。结果表明,相比于无电压的对照,阳极甘油产量上升24%,阴极葡萄糖消耗上升16%,产物乙醇和琥珀酸的产量也分别上升13%和8%。转录组分析表明,代谢物的显著改变归因于电环境导致的有机酸代谢、氧化还原平衡、电子传递等通路的改变。从表达差异显著的基因中挑选了代表胞内氧化还原平衡、生物膜形成和电子传递的3个基因ZMO1060(编码超氧化物歧化酶)、ZMO0401(编码二鸟苷酸磷酸二酯酶)和ZMO1819(编码固氮蛋白)进行验证,结果表明过表达ZMO1060和ZMO1819能够更显著地改变生物电化学系统中Z.mobilis的代谢。本工作为应用生物电化学系统调控微生物代谢物生产提供了参考。     

甜高粱蔗糖积累关键时期叶片转录组测序分析北大核心CSCD

通过转录组测序技术,在甜高粱糖分累积的关键时期寻找甜高粱和普通高粱组织间差异表达的相关基因,通过相关基因的功能注释及相关联的Pathway代谢通路分析,进一步筛选与糖分积累与代谢相关的基因,以利于为充分挖掘甜高粱的生物学潜能,改良高粱品种提高其茎杆的糖含量打下坚实基础。以甜高粱辽甜1号和粒用高粱新苏2号为材料,对甜高粱与粒用高粱在成熟期进行叶片转录组数据测序分析并比较,测序结果如下,共得到71.98 M条reads,总碱基数14.54 Gb。使用Cufflinks软件对reads进行组装,共发掘出1 562个新基因。通过差异表达筛选出3 115个差异基因,其中1 499个上调,1 616个下调。对差异基因进行GO、COG分类和KEGG代谢途径富集性分析,将这些差异表达基因归类于包括淀粉与蔗糖代谢途径在内的94个代谢途径,从淀粉与蔗糖代谢通路(Pathway ID:Ko00500)中取β-呋喃果糖苷酶、蔗糖合成酶、果糖激酶的5个差异基因分别为Sb06g031910、Sb06g023760、Sb01g035890、Sb01g033060和Sb10g0082805进行实时荧光定量分析,发现这些基因在不同生育时期的表达与其对应酶类的活性有紧密的联系,推测这些基因在甜高粱叶片的蔗糖合成及积累过程中发挥着至关重要的作用。     

基于全长转录组信息的枸杞SSR标记开发北大核心CSCD

枸杞是茄科枸杞属的重要经济植物,广泛分布于我国西北地区,环境适应性强。本研究分析了枸杞基因组中SSR的分布特征,并基于宁杞1号全长转录组开发SSR分子标记,对28个枸杞种质进行遗传多样性分析和亲缘关系分析。用MISA软件搜索全长转录组中SSR位点,设计并筛选多态性好的SSR引物,对206对引物经过毛细管电泳筛选后最终选出23对引物对28个不同分布区的枸杞种质进行遗传多样性分析,遗传相似系数用非加权组平均法(UPGMA)聚类。23对引物共扩增得到240个等位基因,每个位点的等位基因数范围为4~17,Shannon信息指数范围为1.177~2.487,期望杂合度和观测杂合度的范围分别为0.635~0.909和0.250~0.964,PIC的范围是0.580~0.902。遗传距离聚类分析显示28份枸杞种质在遗传相似系数为0.71时被分为4类,宁夏枸杞为Ⅰ类,中国枸杞为Ⅱ类,黑果枸杞为Ⅲ类,Ⅳ类中只有中国枸杞种的枸杞岛种质。利用全长转录组序列可以高质量实现枸杞SSR标记开发,新开发的23对引物后续可用于枸杞种质遗传多样性分析和分子标记辅助育种工作。     

高山被孢霉的基因组及转录组的提取技术研究北大核心CSCD

基因组和转录组的高通量测序对样品的纯度和含量要求较高,旨在通过研究高山被孢霉在不同培养条件下和采用不同菌丝处理方法对其基因组和转录组质量的影响来确定最佳提取方式。结果表明,PDA培养基培养的菌丝与发酵培养基培养的菌丝经基因组提取后在琼脂糖凝胶电泳中有明显不同的表现,使用发酵培养基培养的菌丝提取的基因组DNA无降解,而以PDA培养基培养的菌丝提取的基因组DNA出现部分降解。在使用国产试剂盒做高山被孢霉转录组RNA提取实验中发现,使用液氮速冻后破碎菌丝并结合使用β-疏基乙醇更易提取到高浓度且无降解的转录组样品。     

三种乳杆菌对小鼠溃疡性结肠炎的缓解作用及机制CSCD

目的探讨3株乳杆菌(植物乳植杆菌、罗伊氏粘液乳杆菌和副干酪乳酪杆菌)对小鼠溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)的缓解作用及机制。方法采用葡聚糖硫酸钠(DSS)法构建C57BL/6J小鼠急性UC模型,并在造模前后均给予乳杆菌干预治疗;测量各组小鼠体质量、结肠长度;采用蛋白免疫印迹技术检测小鼠结肠上皮紧密连接蛋白表达水平;HE染色观察分析小鼠结肠组织病理变化;16S rDNA高通量测序分析小鼠肠道菌群组成情况;转录组测序分析小鼠结肠组织基因表达差异。结果与DSS模型组相比,植物乳植杆菌干预组(t=2.285,P=0.045)和副干酪乳酪杆菌干预组(t=2.360,P=0.040)小鼠体质量增加显著;植物乳植杆菌干预组(t=2.335,P=0.042)结肠长度显著增加;植物乳植杆菌干预组(ZO-1:t=4.975,P=0.003;Occludin:t=2.629,P=0.034)和罗伊氏粘液乳杆菌干预组(ZO-1:t=3.523,P=0.013;Occludin:t=2.525,P=0.040)紧密连接蛋白表达水平显著上调。乳杆菌干预组结肠黏膜组织病理损伤得以缓解,肠道菌群丰度及多样性降低得以改善。植物乳植杆菌干预组vs DSS模型组共有69个差异表达基因,KEGG pathway分析提示差异基因富集于免疫调节、内分泌与消化系统相关疾病等通路上。结论3株乳杆菌对UC小鼠展现出较好的缓解作用,其作用机制与修复肠道屏障、调节肠道微生物群结构和降低肠道炎症水平相关。     

冬性植物红菜薹在不同温度处理下花青素积累的分子机制

芸薹属植物红菜薹（Brassica rapa）是一种常见的蔬菜,它的花茎和叶柄表皮中均积累有花青素。为了解红菜薹中花青素合成的分子机制,进行了花青素含量的测定和花青素合成相关基因的表达分析。研究结果表明,叶柄表皮中的花青素含量显著高于叶片（去主脉）的花青素含量。同时,叶柄表皮花青素合成相关基因的表达水平高于叶柄（去表皮）和叶片（去主脉）的表达水平,这表明红菜薹中花青素的合成调控发生在转录水平。BrMYBA1仅在叶柄表皮中表达,但BrbHLH1和BrWD40在叶片和叶柄表皮中均能检测到表达。因此,BrMYBA1的转录激活可能与红菜薹的花青素合成相关。连续低温处理时,红菜薹叶柄表皮中的花青素含量逐渐增加,而该组织中花青素合成的结构基因表达水平逐渐降低。     

古DNA单链测序文库的建立与检测北大核心CSCD

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

‘赛蜜酥1号’枣及其芽变品系果实的性状差异北大核心CSCD

该试验以‘赛蜜酥1号’枣及其芽变品系‘赛蜜酥2号’果实为试验材料,运用流式细胞术对它们的倍性进行鉴定,采用石蜡切片法进行果实细胞组学的观察,并对两者果实生长发育过程中的内外观品质及决定果实口感的蔗糖代谢相关酶活性进行比较分析,为深入研究芽变对枣果实口感、品质造成的影响提供理论支持。结果表明:(1)‘赛蜜酥2号’芽变品系的细胞倍性未发生改变,仍为二倍体。(2)两个枣品种(系)果实在外部形态上有明显区别,‘赛蜜酥1号’为卵圆型,‘赛蜜酥2号’为扁圆型,且后者的果形指数成熟时大于1,单果质量高于前者,核小、可食率更高,皮薄果实更加酥脆;‘赛蜜酥1号’果皮的蜡质层厚度一直大于其芽变枣,两者角质层厚度和表皮层厚度的变化趋势基本一致,但厚度之间具有显著差异。(3)影响果实细胞生长、分裂,果实脱落的各类激素水平在品种间均存在显著差异,‘赛蜜酥2号’IAA和GA_(3)含量显著高于‘赛蜜酥1号’,使之果形更大。(4)两个枣品种(系)果实可溶性糖、可滴定酸、维生素C、植物淀粉、可溶性蛋白含量等随发育时期的变化趋势一致,但含量水平之间存在差异,‘赛蜜酥2号’果实的糖含量、维生素C含量更高,可滴定酸含量更低,口感更甘甜。(5)两品种枣果实的蔗糖代谢相关酶活性在果实迅速生长的膨大期都存在着显著差异,也导致‘赛蜜酥2号’果实甜度明显高于‘赛蜜酥1号’。研究发现,两个枣品种均为二倍体,它们在果实外部形态上存在明显区别,易于分辨;芽变品系‘赛蜜酥2号’果实更大,核小、可食率更高,皮薄更加酥脆,口感更甘甜。     

水稻生殖发育期耐热性的分子遗传机制研究进展北大核心CSCD

水稻在生殖发育期对高温胁迫非常敏感,高温热害已经成为水稻生产最重要的限制因子之一。阐明水稻在生殖发育期耐热性的分子遗传机制,挖掘耐热关键基因,利用基因工程以及分子标记辅助选择的方法改良水稻品种的耐热性具有重要意义。从水稻生殖发育期耐热性的数量性状基因定位(QTL)、转录以及蛋白水平的高温应答、耐热转基因研究领域的进展进行了概述。