综合生理学和转录组学揭示芦竹耐盐的候选基因

为了丰富芦竹(Arundo donax)的耐盐基因资源并为耐盐育种提供理论基础。本研究对长势一致的芦竹分别用不同浓度的NaCl盐溶液处理36 h,测定与抗逆相关的生理指标,同时进行转录组测序和生物信息学分析。结果表明:本次盐胁迫对芦竹的脯氨酸和可溶性糖含量影响较为明显,而其他生理指标变化不显著,说明其对盐环境可能并不十分敏感,具有一定的耐受性。对样本间的差异表达基因进行筛选,共筛选到166个核心差异表达基因,而一些差异倍数较大的基因可能在盐响应的过程中发挥着重要作用。GO与KEGG的富集结果表明芦竹通过硝酸盐、一氧化氮、活性氮、活性氧、类黄酮生物合成等相关途径来响应盐胁迫。利用WGCNA构建差异表达基因的共表达网络,筛选出与脯氨酸含量变化相关的hub基因。总之,本研究为芦竹耐盐基因的挖掘提供依据,也为今后的分子育种奠定了理论基础。

芦竹茎对盐胁迫响应的转录组分析

【目的】丰富芦竹(Arundo donax)的耐盐基因资源并为分子育种提供帮助。【方法】对长势一致的“绿洲1号”芦竹分别用0、50、100、150和200 mmol/L NaCl盐溶液处理36 h,每个处理3次重复。收集相同部位的茎进行转录组测序和生物信息学分析,随机挑选5个差异表达基因进行qRT-PCR验证表达模式。【结果】对质控后的测序数据进行De novo组装,共产生971309个转录本,GC含量为47.14%,Unigene contigs的N50达到1126 bp,表明组装效果良好。对鉴定出的7305个差异表达基因进行GO与KEGG富集分析,结果表明“绿洲1号”茎主要通过氮代谢、离子转运、萜类合成、玉米素合成、亚油酸代谢、水杨酸生物合成和渗透调节物质等途径来响应盐胁迫。对差异表达基因进行筛选,共得到104个核心差异表达基因,其中差异倍数较大的88315_c0_g1_i1、1200_c2_g1_i1、13330_c0_g1_i8、46571_c0_g1_i7、3434_c0_g1_i11和713_c0_g1_i32基因可能在芦竹盐响应过程中发挥重要作用。转录因子的鉴定结果表明AP2/ERF-ERF、MYB-related和WRKY家族是盐响应过程中最重要的基因家族,并且这3种转录因子家族成员在响应盐胁迫时大部分呈上调状态,说明主要通过增加基因的表达发挥作用。qRT-PCR对5个差异表达基因表达模式的检测结果与RNA-seq结果基本一致,也说明转录组数据可靠。【结论】本研究鉴定了芦竹在响应盐胁迫过程中的重要基因和转录因子,为其今后的遗传改良工作奠定了坚实基础。

芦竹属菌草的分子鉴定及适应性进化分析

目前芦竹属(Arundo)菌草形态学的鉴定方法已经建立,但是在分子水平上的研究较少。对芦竹属菌草进行分子鉴定与选择压力分析可为菌草的杂交育种奠定基础。本研究通过PCR扩增得到芦竹属菌草的ITS2基因序列,并对它们的叶片进行转录组测序,通过生物信息学方法对其进行分子鉴定与选择压力分析。结果表明:在6.21百万年-9.75百万年前,以及5.14百万年-8.07百万年前分别进行了两次大规模的分化,将它们分为3大类(‘绿洲3号’‘绿洲5号’‘绿洲6号’‘绿洲8号’、‘绿洲2号’‘绿洲4号’‘绿洲7号’‘绿洲12号’和其他菌草)。选择压力分析筛选出‘绿洲1号’和‘绿洲3号’的正选择基因,它们大部分与转录调控、抗逆与发育相关。研究结果揭示了芦竹属菌草品种之间的关系和受到正向选择的基因与位点,为芦竹属菌草的适应性进化提供见解,也为今后的遗传改良提供靶点。