基于转录组学分析1-MCP与EBR联合处理对鲜黄花菜采后衰老的影响

利用不同剂量1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)、2,4-表油菜素内酯(2,4-epibrassionolide,EBR)及其联合处理鲜黄花菜并进行为期15 d的贮藏实验(贮藏温度-1~1℃),通过测定理化指标并进行转录组学分析,研究1-MCP与EBR及其联合处理对鲜黄花菜采后衰老的影响。结果表明,采后使用1μL/L 1-MCP与1 mg/L EBR联合处理能够比单独处理更有效地延缓鲜黄花菜的黄化、伸长、软化、开散、质量损失、叶绿素降解等不良变化,从而极大地维持黄花菜花蕾的贮藏品质。转录组学分析表明,1-MCP与EBR联合处理调控了黄花菜衰老进程相关基因的转录水平,显著抑制了乙烯的生物合成和信号转导途径相关基因的转录,激活了油菜素内酯的生物合成和信号转导途径相关基因的转录,从而改变了黄花菜体内衰老类和生长类植物激素的代谢平衡。1-MCP与EBR联合处理抑制了叶绿素降解途径相关基因转录,有利于保持鲜黄花菜品质;联合处理也抑制了与衰老密切相关的E3泛素连接酶基因的转录,从而延缓细胞中蛋白质降解,推迟鲜黄花菜采后衰老的生理进程。研究结果可为延缓鲜黄花菜花蕾的采后衰老和保持贮藏品质提供理论依据和实践参考。

转录组-代谢组分析方法及其在药物作用机理研究中的应用

随着高通量测序技术的发展,目前高通量整合分析技术是获取最终生物学信息必不可少的重要手段,是对传统药物作用机理研究方法的一次革命性变革。转录组学、代谢组学及二者联合应用是系统生物学的重要组成部分,近年来广泛应用在药物作用机理研究相关的各个领域,如新药开发、提高药效和评价药物毒性、指导药物联合治疗等方面,已成为研究药物作用机理中不可或缺的筛选阶段。同时对转录组学、代谢组学、四种转录组-代谢组联合分析方法进行了综述,对不同联合分析方法的优缺点及存在的问题进行简要分析,阐述了近几年两组学联合分析方法在药物作用机理研究中的应用,展望其下一步的发展前景与挑战,以期探讨转录组学和代谢组学及其二者联合应用在药物作用机制研究中的策略,为今后药物作用的分子机理研究提供借鉴与参考,进而基于现有研究基础发掘新的研究方法与途径。

花生种皮色素合成相关通路的转录组-代谢组学联合分析

花青素是具有重要生理活性的植物次生代谢产物,而关于花青素合成机制的研究已成为重要的研究热点之一。本研究以花青素类型和含量存在显著差异的紫珍珠、红珍珠、G110和白珍珠为研究材料,取开花后30 d和45 d样品进行转录组、代谢组分析以及双组学联合分析。RNA-Seq分析共鉴定出32805个差异表达基因,KEGG富集通量分析表明不同组别具有差异。GO分析结果表明,在氧化还原过程、花色苷化合物生物合成过程和类黄酮生物合成过程中,富集到与种皮颜色相关的差异表达基因分别为34个、21个和19个。液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)法进行代谢组分析结果表明,差异表达代谢物包括原花青素、矮牵牛素、芍药素、锦葵素、飞燕草素和矢车菊素以及它们的衍生物;原花青素A1、A2、B2、B3,飞燕草素和矢车菊素在各个比较组显著上调,差异倍数为5.82~19.52。差异表达代谢物KEGG分析共富集到2条代谢通路,分别是花青素生物合成途径和类黄酮生物合成途径。转录组-代谢组的联合分析结果表明,类黄酮生物合成是种皮颜色形成的关键合成通路,飞燕草素和矢车菊素为主要差异表达代谢物。选择6个富集通路中的20个基因进行qRT-PCR验证,开花后30 d的G110相对于白珍珠中有12个基因被验证;开花后30 d的红珍珠相对于白珍珠中有12个基因被验证;开花后30 d的紫珍珠相对于白珍珠中有10个基因被验证;开花后45 d的G110相对于白珍珠中有2个基因被验证;开花后45 d的红珍珠相对于白珍珠中有7个基因被验证;开花后45 d的紫珍珠相对于白珍珠中有4个基因被验证,验证结果与转录组结果趋势一致。本研究结果将为深入研究花生种皮花青素合成的分子机理提供信息基础,同时对选育富含花青素的花生品种具有一定参考价值。

花生子仁糖代谢转录组-代谢组学联合分析

花生的营养保健价值不断受到重视,鲜食花生尤其是高糖甜花生逐渐被消费者喜爱。在花生品质育种中,子仁糖分已成为当今重要的育种目标之一,糖代谢分子调控机理的研究凸显重要。花生糖含量是花生品质性状的决定因子之一。本研究中的高糖花生品系DJ的含糖量和普通花生品系DG存在品种间显著差异。糖分含量测定结果表明,DJ子仁总糖、可溶性糖及蔗糖含量分别是DG的2.4倍(P<0.001)、2.3倍(P<0.001)和4.0倍(P<0.001)。RNA-seq及KEGG分析结果表明,富集到3371个差异表达基因,筛选出4条与糖代谢密切相关代谢通路。筛选出与糖代谢相关的通路主干结构基因7个,包括arahy.53FINS(SS)、arahy.EMU47I(FBP)、arahy.N1N6FA(HK)、arahy.R3ZIXT(MAN)、arahy.VLU73I(PFK)、arahy.7JQX15(GPI)和arahy.CM68RF(TPSA);与衍生物相关的基因8个,包括arahy.8W34DS(USP)、arahy.PFN41B(RHM)、arahy.55VZFW(GMLS)、arahy.0RJM1Q(UGDH)、arahy.P7D082(UGDH)、arahy.9GGB7F(UGE)、arahy.FEY4ZS(GLCAK)和arahy.SAFK3A(GALE);新基因1个Arachis_hypogaea_newGene_10987(GAE)。在差异代谢物中定位到蔗糖、果糖、海藻糖、1-磷酸甘露糖、腺苷二磷酸葡萄糖、二磷酸尿苷乙酰氨基葡萄糖、尿苷二磷酸葡萄糖等,其中蔗糖、果糖、海藻糖显著上调,差异倍数分别为1.18、1.33和8.37。转录组与代谢组联合分析结果表明,淀粉和蔗糖代谢与果糖和甘露糖代谢是糖代谢的关键通路,蔗糖、果糖和海藻糖为主要差异代谢物质。16个关键差异表达基因qRT-PCR验证结果表明,调控趋势与转录组学趋势一致。本研究结果将为深入探究花生子仁糖代谢的分子调控机理提供参考。

代谢组和转录组联合分析果树生理机制的研究进展

随着系统生物学研究大数据时代的到来,高通量、高效的多组学联合分析已经成为园艺植物研究领域最热衷的高新技术手段。更多的研究将代谢组学和转录组学联合应用于果树生理遗传机制及其调控的解析,获得了不少研究成果。代谢组和转录组的整合,可以实现组学间的相互验证,既从转录层面预测代谢物的变化,又从代谢层面验证基因转录的结果;可以深入解析代谢谱和转录谱间的相互关系和果树各项生物系统的代谢机制。笔者综述了近年来国内外代谢组和转录组联合分析在果树的果实品质形成与调控、环境响应、免疫互作机制三方面的研究进展。

转录组和代谢组联合分析在植物中的应用研究

随着测序技术及质谱技术的发展,获得高通量的测序数据和质谱数据的方法越来越方便,系统生物学通过整合生物系统中诸多相互联系和作用的组分以研究复杂生物过程的机制。组学是基于高通量分析的系统生物学研究,依据研究对象可以分为基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等,不同组学分别从不同的层面反应基因结构信息、转录水平、蛋白质丰度及生理代谢等情况。随着组学技术的不断发展,多组学联合分析已被广泛应用于植物复杂的生物学机制的解析,其中转录组和代谢组是比较成熟、深入和简便的技术。在转录组和代谢组联合分析中,转录组中的差异表达基因与代谢组检测到的差异代谢物进行关联分析,可以从原因和结果两个层次分析植物体内在变化,锁定与代谢物变化的重点通路,进而构建核心调控网络,从而揭示其内在规律。转录组与代谢组的关联分析方法主要包含以下内容:基于KEGG通路的注释和富集分析、基于皮尔逊的相关性分析和基于降维的模型构建确定关联关系。转录组与代谢组联合分析的方法已在许多重要的农作物上应用,包含小麦、大豆、番茄、玉米、棉花、烟草和水稻等。笔者综述了近年来国内外转录组和代谢组联合分析在植物逆境胁迫和生长发育方面的研究进展,为作物育种和机制研究提供了一定理论基础,也为无参考基因组的非模式植物研究提供一种新思路。

运用液相色谱联合离子阱-飞行时间质谱法进行海洛因成瘾人员代谢组学研究

利用代谢组学的研究方法,对海洛因成瘾人员尿液及血清中可能的相关标志物进行筛选。运用液相色谱联合离子阱-飞行时间质谱(LC/MS-IT-TOF)联用技术对海洛因检测尿检条阴性的16名海洛因滥用成瘾者与16名正常人的血清和尿液进行研究。多变量统计分析结果表明,海洛因成瘾者和正常人聚类明显,血清和尿液中分别发现12种可能的潜在标志物。成瘾人员和正常人员在血清及尿液代谢水平上具有明显差异,差异代谢物的发现有助于为发现海洛因成瘾判定的潜在标志物提供依据。

基于油脂合成期油桐种仁转录组数据的α-亚麻酸代谢途径解析

【目的】油桐种仁中产出的桐油经济利用价值极高。桐油中α-桐酸的含量高达70%,然而植物体内α-桐酸代谢通路的研究还未见报道,这对直接筛选油桐α-桐酸代谢通路相关酶基因造成一定的困难。α-亚麻酸作为α-桐酸的同分异构体,其代谢通路的研究则较为深入,能为α-桐酸代谢通路的解析提供参考。因此,本研究期望在油桐种仁转录组数据的基础上,解析油桐的α-亚麻酸代谢途径,为油桐α-桐酸代谢机理的阐明提供理论参考。此外,通过调控这些基因的表达模式以及开发与之紧密连锁的分子标记,可大大加快油桐遗传改良和分子育种的进程。【方法】采用RNA-Seq技术对油桐种仁3个不同油脂合成期的转录组进行比较,获得大量差异表达的Unigene,并将这些Unigene归类于128个代谢途径。在此基础上,通过GO分类和Pathway富集性分析,解析油桐α-亚麻酸代谢通路并分析通路中相关酶基因在油脂合成期的表达变化规律。【结果】通过对Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期的油桐种仁RNA测序,共获得长度为200-3000个核苷酸的非冗余Unigene序列58 439条,其中能够比对到公共数据库中已知基因序列的Unigene共有41059条,占所有非冗余基因的70.3%。不同长度的非冗余Unigene序列与数据库中序列匹配的效率不同,越长的序列匹配效率越高。序列长度大于2000 bp的序列匹配效率达到98.28%,而500-1000 bp和100-500 bp的序列分别只有78.86%和48.99%的匹配效率。3个种仁油脂合成期的转录组数据中共有105个Unigene可被富集于α-亚麻酸代谢途径,占所有非冗余Unigene的0.47%。从3个转录组数据的两两比较中鉴别出一些差异表达Unigene,其中也有一些可被富集于α-亚麻酸代谢途径。通过在KEGG数据库中进行检索后发现,105个Unigene序列分别对应于14个α-亚麻酸代谢途径关键酶基因,这些基因在其他物种中都有同源基因与之对应。通过基因表达模式分析发现,整体上与合成代谢相关的基因在油脂合成期呈现上调的表达模式,而与分解代谢相关的基因则呈现下调的表达模式。【结论】在油桐种仁转录组数据的基础上,解析油桐α-亚麻酸代谢途径,获得与α-亚麻酸代谢相关的重要酶基因并分析它们在油脂合成期的表达模式,这对后续研究具有重要的启示作用。

转录组及代谢组联合解析胡麻根部对盐胁迫的响应机制

通过“广靶代谢组+转录组”联合分析方法,对NaCl胁迫下胡麻(Linure usitatissmum)耐盐种质资源R40和敏感资源R24根部差异表达基因与差异积累代谢物进行共表达分析,以探明代谢物与关键基因的协同变化情况,阐明胡麻的耐盐代谢过程和变化规律,发掘胡麻中可能调控抗盐代谢途径的重要基因。共鉴定出具有显著差异的代谢物741个,其中下调409个,上调332个,鉴定出差异表达基因30233条,其中上调15827条,下调14406条,有注释结果的转录因子13015个。富集前十的代谢物几乎都有相对应的功能转录因子富集,如黄酮和黄酮醇的生物合成、苯丙素的生物合成、氨基糖和核苷酸糖的代谢、花青素生物合成、类黄酮生物合成等通路均有对应的转录因子参与其中。胡麻根部在盐胁迫下调控抗盐代谢途径的重要基因主要以参与调控糖类代谢为主,增强细胞的渗透压,从而有效降低盐碱胁迫的伤害;筛选出的8个候选基因与5个代谢物具有明显的相关性,每一个代谢物与一个或多个基因相关联,色氨酸–生长素通路发现,GH3基因是一种典型的与植物生长素原初反应相关的基因,在植物的抗逆防卫反应中起重要作用。

基于HPLC/Q-TOF MS的4种农药联合暴露人群的代谢组学研究

采用基于高效液相色谱-飞行时间质谱联用(HPLC-TOF MS)的代谢组学方法,研究了啶虫脒、高效氯氟氰菊酯、联苯菊酯、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐4种农药联合暴露所致的施药人群尿液中内源性代谢物的变化。采集30位农民喷洒4种复合农药前和喷洒农药期1,3,5,7 d的尿液进行检测。提取正常尿液中常见代谢物并通过质控样品评价手段进行分析,结果表明该方法具有良好的稳定性和精密度,可用于尿液中代谢物分析。多变量分析结果表明,暴露人群施药前后尿液的代谢物含量存在较大差异。对选取的36个差异离子进行鉴定,确定了8个生物标志物的结构。结果显示联合暴露组人群尿液中多巴胺、5-羟色胺、酪氨酸、色氨酸、牛磺酸和马尿酸的含量显著下降;犬尿素和肌酸的含量显著上升。4种农药联合暴露导致接触人群尿液中色氨酸代谢途径的中间产物含量降低,肝代谢和能量代谢相关的代谢物蓄积,可能与神经系统和肝脏功能的受损有关。

基于转录组学的多组学分析腐败希瓦氏菌冷适应的机制

该文基于转录组(high-throughput transcriptome sequencing,RNA-seq)分析腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)ATCC8071在低温下基因表达的差异性。结果表明,在低温条件下,S.putrefaciens中2142个基因的表达具有明显差异,其中对S.putrefaciens低温冷适应机理起重要的作用基因大量集中于脂肪酸代谢、能量代谢相关通路中。进一步对S.putrefaciens差异基因联合低温条件下脂质组学与蛋白组学数据进行分析,结果表明,在低温下S.putrefaciens基因的差异在不同基因表达层面都表现出明显的一致性,表明脂肪酸代谢与能量代谢的改变对S.putrefaciens冷适应贡献的机制。

椰肉糖生物合成的转录组学和代谢组学联合分析

为探明香型和非香型椰肉中糖的组分及其分子合成机理,本研究借助转录组学和代谢组学联合分析方法,共获得14种显著差异糖代谢物,以非香型椰肉为对照,香型椰肉中蔗糖、果糖、海藻糖、1-磷酸甘露糖、二磷酸尿苷乙酰氨基葡萄糖和尿苷二磷酸葡萄糖含量上升,腺苷二磷酸葡萄糖含量下降,差异表达分别为2.51、2.13、1.18、1.33、8.37、3.41和1.63倍。共鉴定出16个差异表达基因,其中蔗糖合成酶基因SS表达量上升,蔗糖含量升高,呈正向调控;蔗糖合成酶基因SS和果糖合成酶基因HK上调,果糖含量升高,呈正相关关系;甘露糖苷酶基因MAN下调,己糖激酶基因HK上调,1-磷酸甘露糖含量升高,分别呈负相关和正相关关系;葡糖醛酸4-差向异构酶基因GAE下调,腺苷二磷酸葡萄糖含量降低,呈正相关关系;尿苷二磷酸-葡萄糖6-脱氢酶基因UGDH下调,尿苷二磷酸葡萄糖含量升高,呈负相关关系。该研究为深入阐述糖合成的分子调控机理提供依据。

基于转录组学和代谢组学联合分析黑线姬鼠睾丸下降的功能与机制

为了探究黑线姬鼠睾丸下降的功能与机制,分析其基因及代谢物水平的变化规律。本研究使用高通量测序技术和超高效液相色谱技术对黑线姬鼠下降期和正常期睾丸分别进行了转录组学和代谢组学分析。转录组学中基因本体数据库(gene ontology,GO)富集分析得到240个差异基因,包括Spesp1、Izumo1、Hyal5和Fabp9等,京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析得到52个差异表达基因,包括Pcyt1、Pla2g4e、Gpd1l和Lypla3等。实时荧光定量PCR结果表明,随机选取的6个基因在黑线姬鼠下降期和正常期睾丸中的表达模式与转录组结果一致。代谢组学结果表明,差异代谢集中与睾丸功能相关差异代谢物有28个,包括3-脱氢奎宁酸、α-亚麻酸、磷酸二羟丙酮和1,6-二磷酸果糖等。联合分析结果显示,甘油磷脂代谢、α-亚麻酸代谢和花生四烯酸代谢可能是调控黑线姬鼠睾丸下降及功能发生关键代谢通路。本研究将有助于解读黑线姬鼠睾丸下降对其功能的影响机制,也可为后续深入探究黑线姬鼠种群数量变化机制及实验动物资源开发奠定理论基础。

基于转录组学和代谢组学研究调控驴背最长肌嫩度的分子机制

旨在基于转录组与代谢组联合分析,探究驴肉嫩度的分子调控机制。本研究以30头生长环境和饲养条件相同、33~36月龄的雌性广灵驴为研究对象,进行剪切力和肌内脂肪含量的测定。依据剪切力和肌内脂肪含量选择出8头驴并将其分为高嫩度组(HT,n=4)与低嫩度组(LT,n=4),通过转录组和代谢组分析筛选差异表达基因和差异代谢物,之后联合KEGG富集分析,构建相关网络互作图。转录组结果表明,在HT组和LT组中共发现有1253个差异表达基因,其中832个基因上调,421个基因下调。KEGG分析表明,差异表达基因主要富集在碳水化合物代谢、脂质代谢、内分泌系统、信号转导以及细胞过程等多种途径;代谢组结果表明,在HT组和LT组中鉴定出225个差异代谢物,其中上调的有154个,下调的有71个。KEGG通路分析表明,差异代谢物主要富集到碳水化合物代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢以及信号转导等多个途径;联合分析表明,差异表达基因与差异代谢物显著富集在甘油磷脂代谢,磷酸戊糖途径,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,精氨酸和脯氨酸代谢以及胰高血糖素信号通路中。显著差异表达基因和代谢物在上述代谢通路中起到了关键调控作用,可作为驴肉嫩度的潜在候选基因及代谢物,为今后探究驴肉嫩度的分子调控机制和驴肉分子育种提供理论基础。

代谢组学-转录组学联合分析不同品种柿叶矿物质含量差异

柿叶含有丰富的钙、铁、锰、锌等人体必需的矿质元素,不同柿树品种,其柿叶中矿质元素的组成和含量有着明显差异。本研究以‘君迁子’(Diospyros Lotus Linn,DL)为对照,采用代谢组学-转录组学联合分析,研究了‘黑柿’(Diospyros kaki.HeiShi,HS)、‘西村早生’(Diospyros kaki Thunb.Nishimurawase,NM)、‘泰富’(Diospyros kaki Thunb.TaiFu,TF)鲜嫩柿叶中矿质元素的含量差异。代谢组学分析显示,从DL vs.HS、DL vs.NM和DL vs.TF中分别获得了382、391和368个差异代谢产物(differentially accumulated metabolites,DAMs),其中229个为共同DAMs。经RNA测序,获得了182008个单基因(unigenes),平均长度为652 bp,从DL vs.HS、DL vs.NM和DL vs.TF中分别获得了2598、3503和3333个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。经基因本体论(gene ontology,GO)和京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析,分别从DL vs.HS、DL vs.NM和DL vs.TF中获得了9、12和12个与矿物质吸收相关的DEGs,其中6个为共同DEGs,每百万碱基测序的转录本序列每千碱基序列片段数(fragments per kilobase of transcript sequence per millions base pairs sequenced,FPKM)值差异倍数为1.34–6.15,经实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)验证,其表达趋势均与RNA测序结果一致,相对表达水平差异倍数为0.26–10.21。转录组学数据分析和qRT-PCR验证结果表明,‘黑柿’鲜嫩柿叶中含有较高含量的矿物质,‘西村早生’和‘泰富’次之。联合分析显示,6个DEGs与其代谢产物呈正相关。本研究结果说明,3个柿树品种中,‘黑柿’的鲜嫩柿叶可推荐用于富含矿质元素柿叶茶的制作。

‘陇薯8号’马铃薯块茎淀粉积累特性及淀粉-蔗糖代谢途径转录组分析

为探究超高淀粉马铃薯品种‘陇薯8号’的淀粉积累特性及调控的关键基因,以露地平播种植的‘陇薯8号’为试材,对盛花期(T_(1))至其后15(T_(2))、30(T_(3))、45(T_(4))和60 d(T_(5))的块茎进行蔗糖、淀粉含量测定与转录组测序及相关分析。结果表明:在整个取样期内,蔗糖含量在T_(1)—T_(3)期显著降低,之后有所回升;总淀粉含量随着发育进程的推进不断增加,其中T_(2)—T_(3)为激剧增长期,T_(3)—T_(5)增长较缓慢。转录组测序共获得14 634个基因在不同发育时期块茎中的转录表达数据,4个相邻时期比较组T_(1) vs T_(2)、T_(2) vs T_(3)、T_(3) vs T_(4)和T_(4) vs T_(5)的差异表达基因总数分别为1 279、427、184和300个,功能注释和代谢通路分析发现共有24个淀粉与蔗糖代谢途径相关的基因在各时期差异表达,其中只有蔗糖合酶基因Soltu.DM.09G031820和Soltu.DM.07G013370、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因Soltu.DM.01G049590、淀粉合酶基因Soltu.DM.02G027020和糖原磷酸化酶基因Soltu.DM.03G007710在整个取样期都高水平表达,且在T_(2)和T_(5)时期的表达量均高于低淀粉品种‘陇薯13号’。结合蔗糖、淀粉含量和基因表达的动态变化规律,推测Soltu.DM.09G031820、Soltu.DM.07G013370、Soltu.DM.01G049590和Soltu.DM.02G027020可能在‘陇薯8号’块茎淀粉的合成和积累中发挥重要的调控作用。

基于RNA-Seq的油茶种子α-亚麻酸代谢途径及相关基因分析

以油茶果实膨大期和油脂合成高峰期的种子为材料,进行转录组测序和表达谱数据库构建,并对油茶种子α-亚麻酸代谢途径相关基因进行分析。转录组测序获得油茶种子α-亚麻酸代谢非冗余基因Unigenes序列共112条,与α-亚麻酸代谢密切相关的不饱和脂肪酸合成途径非冗余基因Unigenes序列94条,包含12种调控α-亚麻酸代谢主要酶基因。表达谱数据分析显示,果实膨大期和油脂合成高峰期的α-亚麻酸合成代谢途径相关基因具有不同的表达模式,参与油茶种子α-亚麻酸的合成及形成多种不饱和脂肪酸的物质转化。采用实时荧光定量PCR方法验证油茶种子LOX,AOS,ACOX,AOC,OPR,AACT,PLA2,HPL,DOX,MFP,FAD2,FAD3等关键基因在油茶种子油脂合成不同时期的相对表达量,结果表明各基因表达规律与表达谱数据分析结果一致。克隆、调控这些相关基因将会为提高α-亚麻酸含量的油茶育种提供依据。

基于转录组测序技术探究GA_3和CPPU抑制葡萄果锈产生的机理

为探究GA_3(赤霉素)和CPPU[N-(2-氯-4-吡啶基)-N'-苯基脲]抑制葡萄果锈生成的内在机理,以阳光玫瑰葡萄为试验材料,在盛花期用25 mg/L GA_3处理花穗,花后2周用25 mg/L GA_3+10 mg/L CPPU再次处理花穗,以清水处理作为对照,取果锈生成关键期的2个葡萄果皮样品,应用Illumina RNA-Seq测序系统进行转录组分析。共获得55 314 986条有效数据和2 373个差异基因,GO功能注释到细胞组分、分子功能及生物学过程3个大类30个功能组,大量基因富集于碳水化合物代谢、生物合成等生物学过程。KEGG代谢通路分析结果显示将1 186个差异表达基因注释到126条代谢通路,富集于"代谢途径"与"苯丙烷合成"代谢通路。通过qRT-PCR方法对筛选的9个差异表达基因进行验证,荧光定量结果与测序结果相符。研究结果说明GA_3和CPPU处理减少葡萄果锈的产生主要与苯丙烷合成及类黄酮代谢相关,GA_3和CPPU显著抑制苯丙烷及类黄酮合成相关基因表达,进而降低了果锈生成路径中相关酶的活性,减少了果锈生成相关次生代谢物的产生,抑制葡萄果锈的生成。

多组学手段揭示嫁接茶树接穗对砧木的影响

利用代谢组与转录组的技术手段对嫁接后的茶树砧木短节白毫和未经过嫁接的茶树品种短节白毫进行分析,揭示关键代谢物及基因的调控机制。结果表明:(1)茶树品种短节白毫作为砧木在嫁接后其表型性状发生了改变,叶长叶宽显著增加,节间变长。(2)茶树品种短节白毫作为砧木在嫁接前后共检测到807个代谢物,其中有238个显著变化的差异代谢物,127个差异代谢物在嫁接后含量降低,而另111个含量增加。这些差异代谢物按照数量从多到少依次为黄酮类、酚酸类、鞣质、有机酸、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质、其他类、木质素与香豆素、生物碱。差异代谢物在40条KEGG通路中富集,大多数已经鉴定的差异代谢物存在于嘌呤的代谢、类黄酮的生物合成、黄酮及黄酮醇的生物合成、花青素生物合成等途径中。筛选出9 984个差异基因,4 830个差异基因在嫁接后含量降低,有5 154个差异基因在嫁接后含量增加,差异基因在140条KEGG通路中富集,大多数已经鉴定的差异基因存在于植物-病原相互作用、植物激素信号转导、植物的MAPK信号、内质网中的蛋白质加工、苯丙烷生物合成等途径中。(3)短节白毫作为砧木在嫁接后其黄酮类物质含量[根皮苷(C01604)等]在基因LOC1142564376等的调控下整体上是减少的;氨基酸及其衍生物类物质含量[5-氨基戊酸(C00431)等]在基因LOC114260176等的调控下整体上是增加的;酚酸类物质含量[对香豆醛(C05608)等]在基因LOC114292363等的调控下整体上是增加的。期待该研究结果为嫁接在茶树中的应用提供理论依据,为促进茶树育种、茶叶的品质及制茶工艺奠定理论基础。

基于代谢组学及转录组学研究灰毡毛忍冬不同品种黄酮类成分差异积累的转录调控机制

为探究湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬黄酮类成分差异积累的分子调控机制,该研究以灰毡毛忍冬2个品种花、茎和叶为材料,采用超高效液相色谱-质谱联用(UPLC-MS)技术和高通量转录组测序(RNA-seq)技术进行代谢组学和转录组学联合分析,筛选黄酮类差异代谢物、关键差异表达基因及相应转录因子,并随机挑选其中14条差异表达基因进行qRT-PCR验证。结果表明,代谢组学分析共筛选出黄酮类化合物生物合成相关途径差异代谢物17个,包括柚皮苷查尔酮、芹菜素、槲皮苷等;转录组学分析共筛选出黄酮类化合物生物合成相关途径差异表达基因19条,包括2条CHS、3条CHI等;调控网络分析和加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选出调节黄酮类成分积累的关键酶基因CHS1、FLS1和HCT;同时发现MYB12和LBD4这2个转录因子可能通过调控关键酶基因CHS1、FLS1和HCT的表达来调控黄酮类成分的生物合成;qRT-PCR结果显示,随机选取的14个差异表达基因的表达模式与RNA-seq结果基本一致。该研究初步解析了2个品种灰毡毛忍冬黄酮类成分差异积累的转录调控机制,为进一步阐明其中关键酶基因及相应转录因子对灰毡毛忍冬黄酮类成分积累的调控作用奠定基础。