基于RNA-seq技术挖掘与高丹草粗蛋白合成相关的基因

为探究与高丹草(Sorghum bicolor L.×S.sudanense P.)粗蛋白合成相关的基因,本研究分别以高粗蛋白(GH)和低粗蛋白(GL)的高丹草为研究材料,在拔节盛期取材,利用转录组测序(transcriptome sequencing,RNA-seq)技术对其进行测序分析。结果显示,2个材料共鉴定出1491个差异表达基因,与低粗蛋白(GL)材料相比,在高粗蛋白(GH)材料中上调表达基因889个(59.62%),下调表达基因602个(40.38%)。通过基因本体(gene ontology,GO)功能富集分析发现,差异表达基因显著富集到生物学过程(biological process,BP)、细胞组分(cell componenet,CC)和分子功能(molecular function,MF)3个大类。经京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析发现,差异表达基因主要富集在丙氨酸和天冬氨酸等氨基酸代谢、氮代谢以及卟啉和叶绿素代谢等代谢途径中。经筛选,最终获得与高丹草粗蛋白合成相关的基因25个(20个上调表达,5个下调表达)。随机筛选5个差异表达基因进行实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,RT-qPCR)验证,其表达趋势与RNA-seq检测结果一致。本研究为高丹草粗蛋白生物学合成机制及其次生代谢通路的研究提供了参考,也为下一步功能基因克隆、分子标记开发等工作奠定了基础。

苏丹草和高丹草转录组测序及其差异基因表达分析

为了初步探明苏丹草[Sorghum sudanense(Piper) Stapf.]和高丹草[Sorghum bicolor(Linn.) Moench.×Sorghum sudanense(Piper) Stapf.]相关差异基因的表达,本研究对两者进行转录组测序,并对分蘖调控以及粗蛋白和木质素合成关联基因的差异表达进行分析。结果表明:与苏丹草相比,高丹草的单株分蘖数显著降低,粗蛋白、木质素和独角金内酯含量以及果糖激酶、苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶、反肉桂酸4-单加氧酶活性显著提高,己糖激酶-3(HXK3)、果糖激酶2(FRK2)、天冬氨酸转氨酶(ASPAT)、S-腺苷甲硫氨酸合成酶1(SAMS1)、多酚氧化酶II(PPOII)、双功能天冬氨酸激酶/高丝氨酸脱氢酶2(AKI/DHI2)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、反-肉桂酸4-单加氧酶(C4H)基因表达上调,独角金内酯酯酶D14(SLsE D14)基因表达下调。本研究为苏丹草和高丹草相关功能基因的克隆、分子标记开发等工作奠定了基础。