苗药八爪金龙转录组测序与次生代谢产物合成相关基因的挖掘

目的对八爪金龙根进行转录组测序,挖掘次生代谢合成相关基因,探索八爪金龙次生代谢产物生物合成的分子基础。方法采用IlluminaHi Seq4000高通量测序技术,对八爪金龙根进行转录组测序。使用Trinity软件对获得的Unigenes数据进行过滤组装,运用KEGG数据库对Unigenes进行注释。结果共获得52249条Unigenes,其中31391条被公共数据库成功注释,1507条Unigenes被注释到次生代谢产物合成。通过对转录组数据深入挖掘发现,参与八爪金龙苯丙素生物合成的Unigenes共有126条,参与萜类化合物骨架生物合成的Unigenes数量为73条,参与黄酮类化合物生物合成Unigenes有58条,参与次生代谢后修饰的Unigenes共有253条。筛选出9条Unigenes编码4个与八爪金龙香豆素生物合成的关键酶,23条Unigenes编码8个与黄酮生物合成的关键酶,39条Unigenes编码19个与萜类生物合成的关键酶,140条CYP450基因和113条UGT基因可能参与次生代谢物的修饰。微卫星识别软件(microsatellite identification tool,MISA)分析发现八爪金龙转录组包含17 400个简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)。结论通过高通量转录组测序,初步揭示了参与八爪金龙次生代谢产物合成相关的基因,为进一步研究八爪金龙次生代谢产物合成途径关键酶的功能及其调控机制奠定了基础。     

款冬叶不同发育阶段的转录组学分析

目的比较不同生长时期款冬叶中苯丙素类成分生物合成相关基因的表达,推测苯丙素类成分的最佳合成积累时期,为款冬叶资源的合理利用提供科学依据。方法利用Illumina Hi Seq2500测序技术对不同时期的款冬叶进行转录组测序,获得转录组数据后进行基因功能注释等生物信息学分析,对苯丙素类生物合成相关基因在不同时期的表达进行比较。结果通过转录组测序技术获得46 793个Unigenes,平均长度为952.144 8 bp,其中有4 774个可以被NR、Swiss-Prot、eggNOG、GO、KEGG等公共数据库共同注释。对注释得到的Unigenes进行KEGG代谢通路分析,结果显示款冬叶转录组中有144条Unigenes参与萜类、黄酮类和苯丙素类生物合成,其中萜类65条,苯丙素类64条,黄酮类15条。进一步对参与苯丙素类生物合成相关基因进行动态比较,发现其关键酶PAL、4CL、HCT、CCoAOMT等在9月的表达量最高,即苯丙素类成分在9月的生物合成量可能最高。结论为苯丙素类成分的生物合成途径及调控分析奠定了基础,也为款冬叶资源的开发利用奠定了科学依据。     

2种附子栽培叶型的转录组比较分析

该文针对附子不同栽培叶型间的农业性状存在较大差异的现状,选取大花叶和艾叶附子栽培型,以其子根为对象,采用Illumina Hiseq高通量测序平台进行转录组测序、组装与注释,筛选表达活性显著差异的发育相关基因、转录通路与功能富集,解析其与附子农业性状与品质形成的相关性,为揭示附子品质形成及差异的分子生物学机制奠定基础。研究结果如下:完成大花叶、艾叶共6株附子的转录组测序、组装,获得52.23 Gb核苷酸,组装得到52 471条单基因,功能注释获得28 765条匹配结果。2种附子表达量相差2倍以上的转录本有1 052条,808条可注释,GO,COG分析发现它们主要富集于代谢过程、细胞过程、催化过程、转运过程、连接等功能。KEGG分析显示262个差异基因富集在78个代谢通路中,如淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号传递、碳化合物转运等。关键差异基因与通路分析表明,大花叶附子的诸多基因调控淀粉等向蔗糖、葡萄糖、麦芽糖等小分子转化,另一些基因又调控氨基酸积累,这可能是2种叶型附子品质与抗病性差异形成的重要生物学原理。本研究为附子优良品种的选育研究提供了参考。     

党参不同组织化学成分分布及转录组学分析

目的 分析党参不同组织转录组特征，解析党参根中活性成分积累的遗传基础，为党参的高品质生产与种植提供理论依据。方法 选取盛花期党参根、茎、叶、花不同组织为实验材料，采用高效液相色谱法（HPLC）检测党参苷Ⅰ、党参炔苷、苍术内酯Ⅲ含量，利用RNA-Seq对不同组织进行转录组测序，通过基因本体（GO）、京都基因和基因组百科全书（KEGG）数据库富集分析筛选分析差异表达基因，探讨党参不同组织化学成分分布特征及转录谱特征。结果 党参根中党参多糖及党参苷Ⅰ含量显著高于其他各组织。党参根转录谱与茎、叶、花存在显著差异，差异基因表达聚类分析、GO、KEGG富集分析发现差异基因主要富集在黄酮类、苯丙烷类生物合成、蔗糖淀粉代谢、植物激素信号传导、植物病原菌互作、MAPK级联信号传递、三磷酸腺苷结合转运盒（ABC）转运蛋白等途径。苯丙烷类化合物生物合成相关基因在根、花中表达量显著上调，ABC转运蛋白则多在花中高表达，党参多糖合成关键酶基因蔗糖：蔗糖1-果糖基转移酶（1-SST）、果聚糖1-外切水解酶（1-Feh）及大量与次生代谢产物积累密切相关的胁迫响应基因等在党参根中显著上调表达。结论 党参根中活性成分含量与转录谱特征与茎、叶、花等组织存在显著差异，表现出组织特异性，同时胁迫响应相关基因及活性成分菊粉型果聚糖、苯丙烷类化合物合成相关基因在根中表达上调。     

基于非靶向代谢组学的槲蕨代谢产物分析

目的 分离鉴定槲蕨不同部位中功能成分并为其代谢产物生物合成途径提供重要信息。方法 采用非靶向代谢组对槲蕨的根茎、叶柄、叶的代谢组分进行高度富集比较分级。结果 在根茎、叶柄和叶中共鉴定出493个代谢物,通过多元统计分析筛选出98个差异代谢物（DAMs）。其中,四甲氧基黄酮代谢物在槲蕨的叶柄中表达最高,显著高于叶;芹菜素代谢物在槲蕨的叶中表达最高,显著高于根茎和叶柄;其余13个黄酮类代谢物均集中在槲蕨的根茎中,显著高于其他部位。根茎、叶柄和叶的DAMs主要富集在淀粉和蔗糖代谢通路。结论 可为槲蕨不同部位中功能成分的分离鉴定和代谢生物合成途径的解析提供参考。     

基于转录组测序揭示适度干旱胁迫对丹参基因表达的调控

目的对丹参进行转录组测序,分析丹参不同组织响应适度干旱胁迫的分子机制。方法以栽培4个月的丹参为材料,设置适度干旱胁迫组(土壤相对含水量55%～60%)和对照组(土壤相对含水量75%～80%),应用IlluminaHi Seq2000分别对根和叶进行转录组测序,对测序后的结果进行基因功能注释、差异表达基因(differentiallyexpressedgenes,DEGs)筛选和共表达网络分析等。结果转录组测序共获得58085条Unigene。其中28846条被注释,根和叶中的DEGs分别有1853、1457个。GO富集结果表明,丹参根和叶中的DEGs在GO功能部位中的分布基本一致,均在代谢过程、刺激响应、细胞结构、催化活性等功能中得到显著富集。KEGG途径富集分析表明,根中DEGs显著富集在DNA复制、植物激素信号转导、植物-病原菌相互作用、胡萝卜素合成等途径,叶中DEGs则主要富集在氨基酸、生物碱、苯丙烷类生物合成等途径。适度干旱胁迫能促进丹参叶中苯丙烷类、根中萜类化合物生物合成途径关键酶基因的表达,是促进丹参有效成分累积的基础。AP2/ERF、b HLH、b ZIP、WRKY、MYB类转录因子在根和叶中差异表达均较显著,基因共表达网络分析预测了在适度干旱胁迫下可能参与调控萜类基因表达的转录因子。结论通过高通量转录组测序,揭示了适度干旱胁迫对丹参不同组织基因表达的调控特征,可为深入研究丹参药效成分的生物合成机制和在栽培中的合理灌溉提供科学依据。     

白鲜根转录组高通量测序与数据分析

目的获得白鲜Dictamnus dasycarpus根转录组信息特征。方法以白鲜根为研究对象,采用Illumina HiSeq TM 2000150PE进行高通量转录组测序并进行数据分析。结果转录组测序共获得69 643 286条高质量序列(clean reads),Trinity denovo组装获得49 050条unigenes,平均长度841 nt。BLAST分析显示分别有31 636(64.49%)、22 367(45.60%)、19 246(39.23%)、12 595(25.68%)条unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类42分支,涉及132个KEGG标准代谢通路,其中包括18个次生代谢标准通路。进一步分析获得90个基因参与多种生物碱生物合成通路。蛋白编码框序列1 908个,高等植物转录因子55个家族;借助MISA软件发现4 579个SSRs,三碱基重复最丰富,有2 021个,出现频率为44.1%;五碱基重复SSRs仅占3.5%。结论利用高通量测序技术获得白鲜根转录组信息特征,为后期白鲜基因功能鉴定、次生代谢途径解析及其调控机制研究奠定基础。     

马鞭草全长转录组测序分析

目的:利用高通量测序技术获得马鞭草Verbena officinalis L.的全长转录组基因信息。方法:通过PacBio Sequel高通量测序平台,对马鞭草根、茎、叶3个部位的混合样品进行全长转录组测序,并基于序列同源性对转录本进行功能注释,得到马鞭草全长转录组的遗传信息。结果:测序数据经过质控后获得197542个高质量的转录本及169063条环形一致性序列(CCS),检测出4955个转录因子。其中161062个(81.53%)转录本在非冗余蛋白(NR)、真核生物相邻类的聚簇(KOG)数据库、京都基因与基因组百科全书(KEGG)、基因本体(GO)数据库、蛋白家族(Pfam)数据库和SwissProt蛋白序列数据库中均得到注释。MISA分析发现54063个简单重复序列(SSR)位点,还预测到70050个长链非编码RNAs(lncRNAs)和45499个信使核糖核酸(mRNAs),并在马鞭草全长转录组中共鉴定到了60个转录本可能参与单萜类化合物的生物合成。结论:利用高通量测序技术和生物信息学分析获得了马鞭草的全长转录组信息特征,可为后期开展马鞭草功能基因鉴定、解析萜类化合物次生代谢途径及其调控机制提供参考。     

金钗石斛根茎叶转录组测序及木脂素合成相关基因分析

目的 研究金钗石斛根、茎、叶基因表达差异情况,同时分析木脂素合成途径关键酶基因表达特性,为金钗石斛木脂素合成分子机制研究提供参考。方法 以金钗石斛为材料,分别提取根、茎、叶的总RNA,利用DNBSEQ平台进行转录组测序及生物信息学分析。结果 金钗石斛根和叶相比差异表达基因较多,叶和茎相比差异表达基因较少,有879个基因是3个样本比较组所共有的。GO分类中差异表达基因主要富集在生物学过程中,KEGG富集分析中差异表达基因主要被富集到α-亚麻酸代谢途径、甘油磷脂代谢途径、氰基氨基酸代谢途径等途径中。在木脂素合成相关基因中,发现2个CAD基因、1个DIR基因、4个UGT基因在根、茎、叶中的表达模式与木脂素含量分布一致。结论 该研究获得了金钗根、茎、叶中差异表达基因信息,筛选到了与木脂素合成相关基因,初步构建了金钗石斛木脂素合成网络图,为开展金钗石斛木脂素合成分子机制研究提供数据支持。     

大青转录组测序及生物信息学分析

【目的】 利用高通量测序技术获得大青的转录组信息特征。【方法】 通过高通量测序平台Illumina HiSeqTM 2500 对大青进行转录组测序,采用Trinity软件de novo组装获得Unigene,并基于序列同源性对Unigene 进行功能注释,得到大青转录组的遗传信息。【结果】 测序数据经过质控后共获得26 394 223个高质量的Reads,通过de novo组装获得100 191个Unigene,N50长度为1 055 bp,平均长度724.4 bp。其中59 690个（59.58%）Unigene 在NR、SwissProt、KOG、GO、KEGG数据库中均得到注释。其中KEGG数据库注释到38 260个Unigene,涉及136条代谢通路。在大青转录组中共鉴定到407个Unigene参与萜类化合物的生物合成,165个Unigene 涉及类黄酮生物合成,29个Unigene参与黄酮和黄酮醇生物合成,37个Unigene参与异黄酮生物合成,同时,还鉴定到210类转录因子。MISA分析发现6 680个Unigene 包含8 640个简单重复序列。【结论】 利用高通量测序技术和生物信息分析获得了大青的转录组信息特征,这些数据可为后期开展功能基因鉴定、解析黄酮类化合物次生代谢途径及其调控机制奠定研究基础。     

杠板归不同部位代谢组差异研究

目的:比较杠板归不同部位代谢物积累的差异,为揭示其不同部位化学成分与功效的相关性和制定杠板归质量评价方法提供参考。方法:利用非靶向代谢组学方法检测杠板归茎、叶、果中代谢物,采用主成分分析和正交偏最小二乘法-判别分析等多元统计分析方法筛选出差异代谢物(DAMs),利用京都基因与基因组百科全书(KEGG)平台对DAMs进行富集分析。结果:从杠板归茎、叶、果中共鉴定出442个成分,其中酒石酸、L-苹果酸、N-α-乙酰基赖氨酸、L-谷氨酰胺、2-氯-L-苯丙氨酸、哌啶酸、2-甲基丙醛、甜菜碱、2-苯乙醇、L-丝氨酸等为茎、叶、果中共有的优势成分。杠板归茎、叶、果的代谢物质差异显著,茎和叶、茎和果、叶和果的DAMs数量分别为724、573、583个。果中黄酮类成分橙皮素、金丝桃苷、高良姜黄素、根皮苷和紫杉醇的含量显著高于茎和叶,而木犀草素-7-葡萄糖苷、异鼠李素、黄芩素和槲皮素-3-O-葡萄糖苷含量显著低于茎和叶。茎、叶、果的DAMs主要富集在氨酰tRNA生物合成通路、精氨酸生物合成通路、乙醛酸和二羧酸代谢通路上。结论:杠板归茎、叶、果之间有大量DAMs,这对其药效可能具有重要影响,研究结果可为杠板归药材质量评价提供参考。     

仙鹤草茎与叶的代谢组学比较分析

目的 通过代谢组学分析仙鹤草茎与叶中代谢物及其代谢通路差异,进一步阐明仙鹤草药效物质基础,促进仙鹤草合理开发利用。方法 取仙鹤草茎、叶新鲜样本,经液氮冷冻后提取代谢物,采用液相色谱-质谱法检测,所得数据运用统计学方法分析并与数据库比对鉴定。结果 筛选并鉴定出105个具有明显差异的代谢物,其中茎与叶相比有34个代谢物上调、71个代谢物下调。差异代谢物共注释到62条代谢通路中。茎中叶黄素、天冬酰胺、胍丁胺及多种氨基酸等物质含量更高,氨基酸代谢更强;叶中酚酸类、黄酮类物质积累更为丰富,次生代谢更强。结论 仙鹤草茎与叶均含有丰富的药效活性成分,但叶的次生代谢更强,次生代谢物积累更为丰富,此差异或可为仙鹤草针对性开发利用提供参考。     

金荞麦黄酮生物合成途径分析及关键酶基因鉴定

为了丰富金荞麦Fagopyrum dibotrys属植物的转录组数据,解析参与黄酮生物合成途径的关键酶基因,挖掘其功能基因,该研究利用BGISEQ-500测序平台对金荞麦的根状茎、根、花、叶和茎进行转录组测序,经过de novo从头组装转录本,共产生了205 619条unigenes, 132 372条获得7个公共数据库功能注释。其中81 327条unigenes比对注释到GO数据库,大部分unigenes注释在细胞过程、生物调控、结合和催化活性,86 922条unigenes富集在136个KEGG代谢途径,鉴定了82条unigenes参与编码黄酮类生物合成10个关键代谢酶。对金荞麦根状茎与根、花、叶和茎的差异表达基因(DEGs)进行分析,获得了27 962条共表达DEGs,有23 515条根状茎组织特异性表达DEGs富集132条KEGG代谢途径,而13条unigenes显著富集在黄酮和黄酮醇生物合成。此外,分析鉴定了3 427条unigenes参与编码60个转录因子(TFs)家族,有4条bHLH TFs富集在黄酮生物合成。该研究丰富了金荞麦属植物的转录组数据库,为植物黄酮生物合成关键酶的解析提供了参考,有助于从基因水平上进一步研究金荞麦黄酮生物合成关键酶的功能和调控机制。     

基于转录组挖掘球药隔重楼螺甾烷型重楼皂苷生物合成相关基因

目的 以球药隔重楼Paris fargesii根茎、茎和叶为材料,探究螺甾烷型重楼皂苷的生物合成基因。方法 采用HPLC分析6个螺甾烷型重楼皂苷含量,进一步利用Illumina Hi Seq X Ten平台进行转录组测序,结合定量和转录组数据进行生信分析。结果 6个螺甾烷型重楼皂苷在球药隔重楼根茎、茎和叶中的含量具有显著差异。Illumina转录组测序共获得61 755条非冗余unigenes,其中30263条（49.0%）被成功注释。催化生成薯蓣皂苷元的31个关键基因均被成功鉴定,且基因表达模式与皂苷的积累水平总体一致,其中IDI、8,7SI-4、CYP90G4、SMO2-2、C5-SD1、CYP51G、C14-R-2、HMGCR、CPI-5、CYP94D108、CAS、HMGCS、SMO1-3、SSR1-3、SQS、isp H和DXR等基因与重楼皂苷的积累呈显著正相关。共获得了61条尿苷二磷酸糖基转移酶（UGT）基因,其中30条潜在参与重楼皂苷的糖基化修饰。结论 球药隔重楼根茎、茎和叶中皂苷合成基因表达模式与皂苷积累规律存在一致性,鉴定的基因可指导该类活性产物的生物合成途径解析。     

基于转录组测序的越南安息香根、茎和叶基因表达分析

目的对越南安息香Styrax tonkinensis进行转录组测序,获得其根、茎和叶的转录组信息特征。方法以越南安息香的根、茎和叶作为研究对象,使用Illumina HiSeq TM 2000进行越南安息香根、茎和叶的转录组测序分析。结果转录组测序根、茎和叶共获得53 835 045条高质量序列(clean reads),Trinity de novo组装获得69 151条Unigenes,平均长度778.51nt。BLAST分析表明分别有41 412(59.89%)、31 189(45.10%)、25 539(36.93%)、16 749(24.22%)个Unigenes在Nr、Swiss-port、KOG、KEGG数据库中得到注释,可归入GO分类的细胞组分、生物过程和分子功能3大类46分支,涉及129条KEGG标准代谢通路,其中有31个次生代谢标准通路。蛋白编码框序列3 461个,涉及高等植物转录因子54个家族。使用MISA软件挖掘10 974个简单重复序列(SSRs),二碱基重复SSRs数量最为丰富,有6282个(57.24%),五碱基重复SSRs最少,占2.45%。结论利用高通量技术和生物信息分析获得了越南安息香根、茎和叶的转录组信息特征,为后期越南安息香基因功能鉴定、次生代谢途径解析及调控机制的研究奠定基础。     

基于代谢组学和转录组学的不同生长年限下银杏萜类生物合成关键基因表达分析

目的 以不同发育阶段不同树龄的银杏叶（银杏幼树叶,多年生银杏树叶）为对象,分析次生代谢物变化规律,测定黄酮及萜内酯含量,分析萜类生物合成的通路和关键基因表达,为提高银杏萜内酯产量提供分子生药学数据。方法 采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术,并进行高通量转录组学测序（RNA-seq）,从差异表达基因中寻找次生代谢物生物合成的关联酶基因。结果 代谢数据表明,不同树龄,不同发育阶段的银杏叶次生代谢物明显不同,黄酮类成分,老树叶片与幼树叶4～7月含量均呈下降趋势;同发育阶段,幼树叶含量高于老树叶片含量;萜内酯类成分,老树叶片4～7月含量略微呈上升趋势,幼树叶略微呈缓降趋势;同发育阶段,幼树叶含量高于老树叶片含量。转录组分析出萌发期,老树叶片与幼树叶片生长状态相似,5～7月老树叶与幼树叶基因表达发生较大变化。筛选出49条与萜类合成有关的候选基因,分析后发现甲羟戊酸途径（mevalonatepathway,MVA）中老树叶表达高于幼树叶;甲基赤藻糖醇磷酸途径（methylerythritol4-phosphate pathway,MEP）中幼树叶表达高于老树叶。结论 幼树叶比老树叶药用活性成...     

基于转录组测序挖掘新塔花黄酮类物质生物合成相关基因

新塔花为唇形科植物,新疆地产药材,其主要药效成分为蒙花苷等黄酮类成分。该研究利用二代高通量测序技术对新塔花的花序部位进行转录组高通量测序,获得77 366条单一序列。通过搜索数据库和聚类分析对56 375条unigene进行了功能注释,继续对代谢通路分析,发现新塔花转录组中有60条unigene可能编码黄酮合成途径一些酶类。后对其不同组织的蒙花苷的含量及4条黄酮合成关键基因进行了测定、分析及验证,为进一步分析其他参与新塔花中黄酮类成分生物合成相关酶基因奠定了研究基础。     

转录组测序技术在药用植物研究中的应用

转录组测序技术是一种新发展的转录组学研究方法。在物种基因组信息未知的情况下,进行测序得到遗传信息,转录组测序技术是很重要的分子生物学方法,已经被广泛应用于各个研究领域。而药用植物遗传信息匮乏,对药用植物的转录组进行测序在基因组学是比较活跃的领域,可以了解植物的基因表达并分析其功能和调控机制。对药用植物的转录组学研究有助于解决遗传育种、筛选优良抗性基因等问题。介绍了转录组测序的发展,并从功能基因挖掘和次生代谢产物途径探索等方面综述了近年来转录组测序在药用植物研究中的应用,为药用植物的研究提供了更多基础数据。     

天冬全长转录组测序分析

目的:获得天冬Asparagus cochinchinensis(Lour.)Merr.全长转录组数据库,为探索其活性成分生物合成提供参考。方法:利用RNA-Seq技术对天冬的根、茎、叶进行转录组测序并分析。结果:从天冬转录组中共获得169319条isoforms,最终有147762条isoforms在公共数据库中注释成功。非冗余蛋白(NR)数据库结果显示,天冬与石刁柏Asparagus officinalis L.同源性最高;真核生物相邻类的聚簇(KOG)功能注释信息334380条,可分为25个基因功能大类;京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析显示,代谢相关的通路分布最多,为74095条。在注释到的54个转录因子家族中,MYB家族数目最多,共309条。在所有isoform中共检测到48042个简单重复序列位点,从单核苷酸到六核苷酸重复单元均有分布。结论:获得了较为可靠的天冬全长转录组数据,可为深入研究天冬生物学特性、相关代谢途径、信号通路及其分子机制提供数据支持。     

传统药用植物转录组研究进展

转录组测序技术(RNA-seq)是一种新兴的转录组学研究方法,是现今药用植物基因组研究中最活跃的领域之一。能够研究不同时期,不同组织类型、不同环境条件以及不同生理状态等各个不同条件下的基因表达差异及调控模式差异,快速、准确地提供药用植物的转录本信息,获得有效的基因编码序列。参考近年来药用植物转录组研究文献,简要介绍了转录组测序技术方法及其在药用植物中的研究现状,并从药用植物自身发育机制、次生代谢产物生物合成途径和SSR分子标记开发等3个方面综述了国内外近年来转录组测序在药用植物上的应用进展。