干旱胁迫下藜麦种子糖代谢转录组学研究

藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)营养丰富且抗逆性较强。本研究以M059(胚根生长快)和M024(胚根生长慢)两种藜麦种质材料为研究对象,采用PEG-6000模拟干旱胁迫,观察种子表型的解剖结构,对发芽种子进行糖含量测定,并对正常水处理和干旱处理的材料进行转录组测序。种子表型及糖含量测定结果显示:与正常水处理相比,15%PEG-6000处理24 h后M059和M024胚根长度分别降低68.65%和71.43%;在正常水处理条件下,M059的可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量较M024高18.58%、97.84%、70.54%和32.77%;在15%PEG-6000处理24 h后,M024的蔗糖含量比M059高23.01%,M059的可溶性总糖和葡萄糖含量比M024分别高7.26%和25.00%。韦恩图分析结果表明,C1vsD1、C2vsD2、C1vsC2和D1vsD2比较组中共有差异表达基因211个,特异性差异表达基因分别为132个、1270个、578个和914个。GO富集分析表明,与干旱胁迫下藜麦种子糖代谢的分子响应密切相关的GO通路有5条。KEGG富集分析表明,与干旱胁迫下藜麦种子糖代谢密切相关的代谢途径有3条。根据差异表达基因的功能注释,有10个差异表达基因(LOC110702784_AGAL2、LOC110719866_INV1、LOC110717843_TPPJ、LOC29490_CELB、LOC110719843_bg1x、LOC110689796_SUS1、LOC110690728_MAN6、LOC110729879_HK2、LOC110712726_EGLC、LOC110734349_FK7)与糖代谢相关,且这10个差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组结果一致。本研究结果将对深入解析藜麦响应干旱的分子调控机制提供参考。

玉米花丝响应干旱胁迫的转录组学分析

为探究花丝对干旱胁迫的分子响应,以安农591和先玉335为材料,设置土壤含水量为80%田间持水量(CK)和60%田间持水量(DS)的2个处理,在玉米花丝伸长速增期取样,进行转录组测序。通过对比2个品种干旱组和对照组的基因表达差异,明确玉米花丝响应干旱的关键通路和相关候选基因。结果表明:苯丙烷类生物合成途径(ko00940)和淀粉和蔗糖代谢途径(ko00500)为玉米花丝响应干旱的关键通路。在苯丙烷类生物合成途径通路中编码4-香豆酸-辅酶A连接酶(4CL)、肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和过氧化物酶(POD)的基因在干旱的玉米花丝中低表达。相关分析表明,编码4CL、CCR、CAD和POD的基因下调与木质素含量降低有关。在淀粉和蔗糖代谢途径中转化酶和蔗糖合酶基因在干旱的玉米花丝中低表达;相关分析表明,转化酶和蔗糖合酶基因下调与蔗糖代谢有关。综上所述,本研究确定了参与蔗糖和木质素代谢的关键基因和代谢物,木质素合成可能与玉米花丝耐旱相关,4CL、CCR、CAD和POD是木质素合成通路中玉米花丝耐旱的候选基因;此外,淀粉和蔗糖代谢途径可能与花丝伸长和花丝耐旱有关,转化酶和蔗糖合酶可能是调控花丝耐旱的关键酶。

偏肿革裥菌木屑处理下纤维素酶基因表达

白腐真菌能够降解木质纤维基质的所有成分,为了深入探讨在分子层面其对纤维素降解的机制,检测了白腐真菌偏肿革裥菌(Lenzites gibbosa)在木质和非木质环境下滤纸酶、β-葡萄糖苷酶、内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶等纤维素酶的活性变化。并在转录组测序的基础上,对偏肿革裥菌的各种纤维素酶基因进行筛选,分析表达量,结合功能注释、代谢通路富集与生物信息学分析探讨纤维素酶的具体催化分解功能,从而分析这些纤维素酶基因的表达规律。结果表明:滤纸酶、β-葡萄糖苷酶、内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶活性被木屑诱导效果明显,但并非一直被诱导表达;转录组测序共筛选出46个纤维素酶基因,京都基因与基因组百科全书数据库(KEGG)富集分析发现纤维素酶基因显著富集于淀粉和蔗糖代谢通路(ko00500)和氰基氨基酸代谢通路(ko00460),生物信息学分析发现β-葡萄糖苷酶基因产物中具有较多的非分泌蛋白及跨膜蛋白;β-葡萄糖苷酶基因的表达与其酶活变化关联性较差,其原因:一是对不在淀粉和蔗糖代谢通路中的相应同工酶基因未进行定量分析,二是纤维素酶活性不只受到基因转录水平的控制,且纤维素酶活性与基因转录水平没有直接的关系与关联,主要受到底物和培养条件的制约。本研究为深入了解白腐真菌的木材降解机制提供了纤维素酶基因及其表达的资料。

低温胁迫对冰菜转录组水平响应分析

利用二代高通量测序技术对低温胁迫处理的冰菜进行测序,构建冰菜转录组数据库。分别得到24.13 Gb有效数据和24 045条Unigene的注释,得到DEGs 1 902个(T0 vs T1)和2 134个(T0 vs T2)。T0 vs T1组和T0 vs T2组分别有40和41个功能小类化归GO数据库;分别有20和24个功能分类注释到KOG数据库;155和272条基因注释到KEGG数据库,并分别富集在74和105条代谢通路。T0 vs T1组DEGs主要注释到植物信号转导等4个代谢通路;T0 vs T2组DEGs注释到苯丙醇类生物合成等11个代谢通路,其中正向影响代谢途径:丙酮醇类生物合成、嘌呤代谢、谷胱甘肽代谢、脂肪酸代谢、类黄酮代谢、氨基酸的生物合成代谢途径等;负向影响代谢途径:植物-病原互作、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等途径。通过对淀粉和蔗糖代谢途径关键基因分析表明:低温胁迫1 h (T1),海藻糖6-磷酸合酶、海藻糖-6-磷酸酯酶、β-淀粉酶、葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶、糖原磷酸化酶等5个关键基因表现为上调表达,未见下调表达基因;低温胁迫36 h (T2),海藻糖-6-磷酸合酶、己糖激酶、β-淀粉酶等3个关键基因上调表达,葡萄糖内酯-1,3-β-葡萄糖苷酶基因下调表达。选取淀粉和蔗糖代谢途径中8个DEGs,经RT-qPCR分析,8个DEGs的相对表达量与转录组表达水平相符。