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RNA-seq的银线草转录组分析

目的获得银线草Chloranthusjaponicus根茎转录组信息特征。方法用高通量测序平台IlluminaHiSeq TM2000150PE进行银线草根茎转录组测序分析。结果转录组测序共获得68458750条高质量序列(cleanreads),Trinitydenovo组装获得56 096个unigenes,平均长度801 nt。BLAST分析显示分别有25 773(45.94%)、17 801(31.73%)、16 082(28.67%)、9649(17.20%)个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40分支,涉及131个KEGG标准代谢通路,其中包括16个次生代谢标准通路。进一步分析获得170个基因参与单萜、二萜、倍半萜、三萜等萜类化合物生物合成通路。同时,转录组预测编码蛋白框序列1 887个;高等植物转录因子54个家族。借助MISA软件发现8 987个简单重复序列(SSRs),二碱基重复SSRs数量最丰富,有5 948个,出现频率为66.2%,五碱基重复SSRs相对较少,占1.3%。结论基于RNA-seq分析获得银线草根茎转录组信息特征及萜类合成代谢通路关键基因,为后期银线草活性成分次生代谢途径解析及调控研究奠定基础。     

药用植物冬凌草高通量转录组测序与分析

目的:得到冬凌草高通量转录组数据,为挖掘冬凌草二萜类生物合成途径关键基因,研究冬凌草ESTSSR分子标记提供数据来源。方法:利用Illumina Hi Seq 4000高通量测序技术,采用Trinity的方法从头组装、序列拼接和去冗余处理;基于BLAST完成Unigene编码蛋白NR功能注释、GO分类、KEGG代谢通路注释和分类、功能基因挖掘,SSR分子标记挖掘。结果:获得冬凌草叶与茎两种不同组织共12 GB转录组数据,得到3 7961个Unigene基因,平均长度1063 bp;得到冬凌草叶和茎转录组有60条unigenes参与萜类化合物骨架合成、6条unigene参与各种萜类化合物合成,有26条unigene参与二萜化合物合成途径,叶与茎两种组织中有差异表达的基因4565个,其中在茎中表达较高的为1668个,在叶中表达较高的有2697个,与二萜类化合物合成相关的差异表达基因有15个。结论:本研究为冬凌草二萜化合物生物合成途径中关键基因的挖掘和分子育种提供了数据信息,为深入研究冬凌草中冬凌草甲素等有效成分的生物合成途径及其调控机制提供基础。     

基于高通量测序的玄参根部转录组学研究及萜类化合物合成相关基因的挖掘

该研究应用新一代测序技术Illumina HiSeq~(TM)4000在转录水平上对药用植物玄参根部进行测序,结合生物信息学方法开展基因功能注释和SSR位点搜索。通过测序,共获得65 602 036条原始序列。利用生物信息学软件拼接和组装序列,获得73 983条unigene,平均长度823 bp。序列同源性比较表明,56 389条unigene与其他物种具有不同程度的同源性。通过Swiss-Prot,GO,KEGG,COG比对注释,发现520条编码玄参次生代谢途径关键酶基因和191个相关转录因子。利用MISA软件在所有unigenes中共搜索到11 659个SSR位点,重复类型以二核苷酸为主。该研究所获得的参与次生代谢的关键基因可为研究玄参药用成分的生物合成和调控机制奠定基础,获得的大量SSR位点为后续研究玄参种质鉴定及遗传多样性研究提供参考。     

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。     

多花黄精甾体皂苷生物合成途径分析及关键酶基因研究

甾体皂苷是黄精属植物的特征性成分及主要活性成分,黄精属甾体皂苷具有调节血糖、防治心脑血管疾病及抗肿瘤等多种药理活性。为解析黄精甾体皂苷生物合成途径,探究其关键酶基因,该研究使用BGISEQ-500平台对多花黄精的花、叶、根和根茎进行转录组测序,获得129 989条unigenes, 88 958条unigenes被七大数据库注释,其中22 813条unigenes可归类于53个GO功能分类中,64 877条unigenes涉及136条KEGG代谢通路。502条unigenes涉及多花黄精甾体皂苷生物合成途径,其中97条unigenes编码甾体皂苷生物合成途径12个关键酶。对甾醇生物合成过程中的第一个关键酶环阿屯醇合酶进行序列分析和同源建模发现其具有保守的催化结构域和底物结合结构域。将多花黄精根茎与花、叶、根的基因表达水平比较,有2 437条unigenes在根茎中特异性高表达且被KEGG注释,其中35条与甾体皂苷生物合成途径相关。该研究极大地丰富了黄精属植物的转录组数据,为植物甾体皂苷生物合成途径的解析提供了线索,为进一步研究甾体皂苷生物合成途径关键酶的功能及调控机制奠定了基础。     

基于转录组测序的山茱萸次生代谢生物合成相关基因的挖掘

为探讨山茱萸中环烯醚萜等次生代谢产物合成的遗传基础,采用新一代高通量测序技术对其果实进行转录组测序,共获得得96 032条unigenes,平均长度590.53 bp;其中共有35 478条unigene能被NR,Swissprot,COG,GO,KOG,Pfam和KEGG等7个公共数据库注释。通过对注释所得的unigene进行KEGG代谢通路的分析发现,共有84个unigene与环烯醚萜类成分的生物合成有关;487条unigene参与山茱萸其他次生代谢相关物质代谢调控。研究发现,共有153条unigene参与山茱萸次生代谢产物的氧化/羟基化;72条unigene参与次生代谢产物的糖基化。该研究首次对山茱萸转录组进行了分析,并获得了山茱萸环烯醚萜类等次生代谢生物合成相关的候选基因,为山茱萸的分子生物学研究提供了丰富的数据资源,也为后续探讨候选基因的功能奠定了基础。     

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。     

利用转录组分析款冬萜类化合物生物合成关键酶基因及表达特征

目的挖掘与款冬萜类化合物生物合成途径相关的关键酶基因。方法利用Illumina HiSeq2500测序平台对野生款冬花蕾和叶进行转录组测序,使用Trinity软件de novo从头组装,并通过基因功能注释、差异表达基因分析等生物信息学方法进行分析,挖掘款冬中萜类化合物生物合成途径相关的酶基因。结果转录组测序获得39 912 371条高质量reads(SRA号:SRR9113366,SRR9113367),组装获得91 118条Unigene,55 830条Unigene在NR、Swiss-Prot、GO、COG、KEGG等数据库得到注释。鉴定出参与款冬萜类化合物生物合成相关酶基因的129个Unigene,包括91个参与三萜骨架生物合成酶基因,32个萜类合成酶基因,6个细胞色素P450基因,其中差异表达基因25个,涉及上游MVA途径的4个差异基因在花蕾中表达量高于叶,MEP途径的5个差异基因在叶中表达高于花蕾,另外还有10个基因在叶中高表达,9个基因在花蕾中高表达。根据差异基因HMGR、TPS、AS、CYP450基因在花蕾中高表达,推测可能与花蕾中萜类物质含量高有关。结论从款冬转录组数据库中初步获得了可能参与萜类化合物生物合成途径的候选关键酶基因,为进一步阐明款冬萜类化合物生物合成的分子机制奠定基础。     

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。     

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。     

赶黄草的转录组测序及分析

目的获得赶黄草Penthorum chinense转录基因参考序列和表达量信息,探索赶黄草药用活性成分生物合成的遗传基础,为赶黄草的重要功能基因研究提供参考。方法采用Illumina Hi Seq 2000高通量测序技术,对赶黄草进行转录组测序,对获得的数据进行过滤组装,对得到的unigene进行比对注释,同时对本研究获得赶黄草活性成分合成相关代谢通路基因进行分析。结果共获得了40 005 442条有效的短读序,通过de novo拼接得到42 306个unigene,开放阅读框(ORF)分析共计得到518个ORF,其中75个ORF具有转录因子结构域。通过KEGG分析,检测到33、32、59、68个unigene分别参与黄酮类生物合成、固醇类生物合成、萜类骨架生物合成和羧酸代谢。结论本研究发现的这些基因对赶黄草遗传改良和药用活性物质的生物合成路径相关基因研究有着重要意义。     

基于高通量测序的药用植物“凤丹”根皮的转录组分析

牡丹皮为我国传统常用中药,安徽省铜陵地区栽培的"凤丹"根皮加工而成的药材牡丹皮被誉为道地药材,药用活性成分丰富多样,但目前尚不清楚"凤丹"药用部位次生代谢过程中活性物质合成的遗传学基础。研究采用Illumina Hi Seq 4000高通量测序平台对五年生"凤丹"根皮转录组进行测序,对测序结果进行de novo拼接和功能注释,测序后获得72 997条unigene。进一步利用公共数据库进行同源比对,其中41 139条unigene被Nr数据库成功注释,34 952条unigene能被GO数据库成功注释,20 016条unigene被KEGG数据库成功舒注释,共涉及到5个大类、34个种类、352条代谢通路;在次生物质合成与代谢途径中,其中苯丙素类化合物、萜类化合物骨架合成、各种类型萜类化合物、生物碱类化合物以及黄酮类成分生物合成途径中的unigene分别有214,104,152,55,36个;不同产地样本间差异表达基因的富集性比较显示不同产地样本间存在明显差异;此外,在72 997条unigene中共检测到9 939个SSR序列,其中二核苷酸重复的SSR标记占20.75%。研究的结果不仅为挖掘"凤丹"次生代谢物生物合成关键基因提供了基础数据信息,也为药用牡丹的遗传多样性研究和分子标记开发奠定了分子基础。     

掌叶大黄转录组测序及蒽醌类合成关键酶基因差异表达分析

目的 研究掌叶大黄Rheum palmatum蒽醌合成关键基因。方法 利用RNA-seq技术对掌叶大黄根、根茎、叶进行转录组测序和生物信息学分析。结果 经Trinity软件组装后获得140224条Unigenes,全部Unigenes能被非冗余蛋白库、核酸序列数据库、京都基因组百科全书数据库、蛋白质序列数据库、蛋白家族数据库、基因本体联合数据库、同源蛋白簇数据库等公共数据库注释。差异基因分析结果显示,掌叶大黄的根与叶相比,差异表达基因总数为4175个,根与根茎相比,差异表达基因总数为992个,叶与根茎相比,差异表达基因总数为4469个。差异表达基因代谢途径分析分析发现,苯丙烷生物合成通路在叶比根中被显著富集。蒽醌类化合物合成相关关键差异表达基因分析发现,关键差异表达基因主要涉及甲羟戊酸（mevalonic acid,MVA）途径、甲基赤藓糖醇（methylerythritol 4-phosphate,MEP）、莽草酸及聚酮途径的13个基因。结论 为进一步挖掘大黄有效成分生物合成过程中的关键基因,为解析调控其有效成分生物合成途径提供研究基础。     

茜草转录组分析及其蒽醌类化合物合成相关基因的挖掘

目的获得茜草Rubia cordifolia转录组学信息及挖掘其蒽醌类化合物生物合成的关键酶基因,为茜草的功能基因克隆与分析提供参考。方法采用Illunima Hiseq TM 2000 150PE高通量测序技术对茜草进行转录组测序,使用Trinity软件完成Unigene的de novo拼接,基于BLAST实现Unigene的分类、功能注释、代谢通路分析和蛋白功能注释等。结果最终获得7.3 Gb数据,通过de novo拼接注释得到Unigene 66 646条,平均长度为1 424 bp,所有Unigene能被NCBI nonredundant protein sequences(NR)、NCBI nucleotide sequences(NT)、kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)、A manually annotated and reviewed protein sequence database(Swissprot)、gene ontology(GO)、eu Karyotic ortholog groups(KOG)和protein family(Pfam)数据库所注释,注释成功率100%,找到与茜草蒽醌类化合物生物合成相关的基因64条。结论首次对茜草转录组进行了分析,并获得了茜草蒽醌类化合物生物合成相关的候选基因,为茜草的分子生物学研究提供了丰富的数据资源,也为后期开展茜草蒽醌类化合物次生代谢途径解析奠定了基础。