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。     

党参转录组中SSR位点信息分析

目的采用生物信息学方法分析党参转录组文库EST序列简单重复序列(SSR)位点,快速、大规模鉴定党参功能性SSR。方法使用MicroSAtellite(MISA)软件分析党参高通量转录组SSR的分布频率和重复基元的类型特征,利用软件Primer3设计引物,并通过SSRFinder校验SSR,筛选SSR引物。结果从45 511条Unigenes中共搜到7 327个SSR位点,分布在6 017条Unigenes序列中,发生频率为12.22%,共有415种重复基元,平均每4 520 bp含1个SSR位点,二核苷酸重复占主要地位,发生频率为58.67%,在所有重复基元中,AG/CT出现频率最高。共获得4 329条SSR引物。结论大规模的SSR分子标记开发将有助于党参遗传多样性与分子育种研究。     

川明参种质资源遗传多样性的SRAP分析

目的利用SRAP分子标记技术对川明参Chuanmingshen violaceum种质资源进行遗传多样性研究,为不同来源的川明参亲缘关系及其优良种质资源的筛选提供依据。方法采集5个不同生态区域的63份川明参种质资源,利用SRAP分子标记构建其DNA指纹图谱,从分子水平检测其遗传多样性。结果 37对SRAP引物组合共得到374条扩增条带,其中有283条呈现多态性,占75.67%。供试材料的遗传相似系数的变化范围0.726 7~0.923 9,平均值为0.815 0,整个群体的遗传相似程度差异较大。基于SRAP的聚类分析可将63份材料完全分开,并划分为7类,聚类结果与材料的地理分布有一定关系,来源于阆中和金堂的材料多样性相对较为丰富。结论川明参种质资源在分子水平上确实存在较大遗传差异,SRAP分子标记是评价川明参资源遗传多样性的有效方法。     

多花黄精转录组SSR位点分析及分子标记开发

目的基于转录组测序数据鉴别和分析多花黄精EST-SSR位点,开发可用于多花黄精种质资源评价与利用的SSR标记。方法利用MISA工具从多花黄精转录组126 544条Unigenes中鉴定SSR位点并进行分析;利用Primer 3.0设计SSR引物,随机选择50对SSR引物进行有效性验证。结果从9 982条Unigenes中鉴定出12 317个包含2～6个核苷酸重复类型的SSR位点,SSR的分布频率为9.73%,发生频率为1/5.91 kb;SSR位点中的主导类型是二核苷酸重复,占总SSR的53.14%,其次是三核苷酸重复,占33.31%。SSR引物的有效性筛选显示,50个SSR引物对中有29个(58%)可从多花黄精中扩增出预期大小的SSR条带。SSR荧光标记的毛细管电泳检测显示在多花黄精的7个SSR位点共鉴定出了9种基因型,进一步验证了SSR引物的有效性。结论多花黄精转录组SSR位点出现频率高,重复类型丰富,多态性较高,这将为多花黄精遗传多样性分析和遗传图谱构建提供大量有价值的候选标记,也可为黄精属内种间物种的分子鉴别、多花黄精优良品种的分子辅助育种提供技术手段。     

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。     

基于转录组测序挖掘国槐花蕾黄酮类物质生物合成相关基因

为研究国槐黄酮类物质的生物合成途径,利用高通量测序技术对国槐花蕾进行转录组测序,经Trinity软件组装获得113 907条unigenes,平均长度803 bp,其中72 752条unigenes在数据库获得注释信息,共搜索到38 891个SSR位点。通过代谢通路分析,发现国槐转录组中有135个unigenes参与黄酮类生物合成,有959条unigene参与其他次生代谢途径。进一步分析参与国槐芦丁生物合成相关基因,发现有24个与CHS相关,有52个与FLS相关,有11个与UFGT相关。国槐转录组数据的获得为研究国槐黄酮类物质生物合成途径奠定了基础,也为槐米药材品质的形成提供理论依据。     

骨化期梅花鹿鹿茸转录组测序及生物信息学分析

应用转录组测序技术对骨化期梅花鹿鹿茸进行测序及生物信息学分析,对鹿茸骨化生长基因结构以及分子机理进行探讨。采用改良的Trizol法提取骨化期鹿茸总RNA,采用Illumina/Solexa高通量转录组测序技术进行测序,应用Soapdenovo软件进行序列的从头到尾组装获得Unigenes序列数据,将Unigenes序列与蛋白数据库Nr、Swiss-Prot和COG进行BLASTX比对、GO功能注释。在功能分类分析基础上,将数据库中的Unigenes序列按照表达量(RPKM值)从高到低进行排序,筛选高表达的软骨内骨化基因。结果表明,应用Soapdenovo软件进行序列组装拼接,最终获得62 533个Unigenes,平均长度为675 nt。有32 431个(51.86%)Unigenes比对到Nr数据库,12 376个Unigenes归类到52个GO功能类别中,9 979个Unigenes归类到25个COG功能类别中。筛选出与鹿茸软骨内骨化密切相关的高表达基因30个。本文应用Illumina/Solexa高通量转录组测序技术,成功建立了梅花鹿鹿茸骨化时期转录组数据库。     

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。     

菝葜全长转录组测序及分析

目的:获得菝葜Smilax china L.全长转录组数据,深入挖掘其功能基因。方法:采用PacBio Sequel测序平台,分别提取菝葜根、茎、叶3个部位的RNA,将样品等量混合后进行全长转录组测序及分析。结果:共获得转录本122324个,N50长度为1400 nt,鸟嘌呤和胞嘧啶(GC)占比为45.32%,其中92878个(75.93%)转录本在七大数据库中注释。非冗余蛋白(NR)注释中,与菝葜最相近的物种是海枣Phoenix dactylifera L.,匹配程度达17.39%;真核生物相邻类的聚簇(KOG)数据库注释中,比对到一般功能预测的转录本最多,有17875个;基因本体(GO)数据库注释中,66001个转录本分布于生物学过程、细胞组成和分子功能三大类的45个功能组;京都基因与基因组百科全书(KEGG)注释中,参与菝葜生物合成和其他次生代谢转录本4286个,其中参与黄酮类化合物生物合成的转录本1478个、参与皂苷生物合成的转录本162个、参与芪类化合物生物合成的转录本4个、参与其他有机化合物合成的转录本2642个。在基因结构分析中,共得到64612个编码序列、2003个转录因子。此外,简单序列重复(SSR)分析表明,33118个SSR中最多的优势重复单元为腺嘌呤(A)G/C胸腺嘧啶(T),同时还预测到44580个长链非编码RNA和28229个mRNA。结论:获得了菝葜全长转录组数据,可为深入研究菝葜生长发育、相关代谢途径、胁迫响应及生物遗传多样性提供数据支持。     

川芎转录组SSR分析与EST-SSR标记的开发

该研究通过组装川芎根转录组数据获得24 422个unigene,随后对得到的unigene进行了SSR检测,共检测到4 073个SSR位点。对检测到的EST-SSR进行特征分析,结果显示单核苷酸重复最多,占41.0%。SSR所在序列功能注释结果显示在Nr中有2 201条序列能够被注释,同时SSR所在序列还被注释到49个GO分类和242个KEGG代谢通路中。利用SSR检测结果进行了EST-SSR标记开发,合成其中235对引物进行验证,74对扩增效果较好。利用74对EST-SSR引物对34个川芎资源进行遗传多样性分析,结果显示收集的川芎资源多样性较好,UPGMA聚类显示川芎资源分为两大类,聚类结果表现出一定的地域性,PCo A分析与UPGMA聚类结果类似。该研究首次对川芎进行EST-SSR分析和标记开发,对推动川芎资源遗传多样性研究、品种纯度检测、基因定位和分子育种等具有重要意义。     

多穗柯转录组分析及黄酮类化合物合成相关基因的挖掘

多穗柯具有甜味和保健功效,其中黄酮类化物是主要活性物质。为获取多穗柯转录组数据库以及黄酮类化合物生物合成相关基因,该研究用RNA-Seq中的Illumina Hi Seq 4000对多穗柯嫩叶进行转录组测序,共获得6 Gb数据,拼接后得到41 043条Unigene,与7个基因数据库进行比对,可归类于51个GO分类中,涉及到237个KEGG标准代谢通路。找到黄酮合成相关基因28条。通过Micro Satallite(MISA)软件分析筛选到18 161个SSR,其中单碱基重复最丰富,有7 346个。此研究得到大量转录本信息,为多穗柯的分子生物学研究提供了宝贵的转录组数据库资源。     

基于高通量测序的女贞果实转录组研究

目的:利用Illumina/Solexa Hiseq2000测序平台对女贞果实进行转录组测序。方法:将测序得到的大量数据进行拼接与组装,并应用生物信息学方法对所得序列进行功能注释、功能分类、代谢途径分析和简单重复序列位点查找等研究。结果:共获得32 856 614条clean reads,含4.93 Gb的有效数据。对clean reads应用Trinity软件进行组装,共获得163 092条unigene,总长度、平均长度和N50分别为108.57 Mb、665.68 bp和1345 bp。公共数据库(Nr,Nt和Swiss Prot数据库)的BLAST比对分析显示,有83 903条unigene获得基因注释,进一步的功能分类表明,在GO数据库中有16 876条unigene可被分别注释到细胞组分、分子功能和生物学过程三大类别中。将unigene与COG数据库进行比对,可获得25个功能类别,其中较多unigene涉及果实中物质的合成与转运相关的营养功能。KEGG数据库作为搜索对象,可将unigene定位到21类代谢途径中,涉及重要次生代谢产物黄酮类和萜类生成的unigene数目分别为258条和929条。SSR位点查询发现,在14 270条unigene中共可找到15 925个SSR位点。结论:本研究在转录组水平对女贞果实进行了系统研究,这为进一步开展女贞果实的分子标记开发和重要次级代谢产物的生物合成奠定了基础。     

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。     

广西地不容SSR标记开发及遗传多样性研究

目的基于广西地不容转录组序列开发SSR引物,并用于该物种自然居群遗传多样性的研究。方法从广西地不容转录组测序获得的unigene序列中挖掘SSR位点,采用Oligo 7.0软件设计引物,通过电泳法筛选得到多态性高的SSR引物用于遗传多样性研究。结果从广西地不容转录组20 637条unigene序列中,搜索到6 833个SSR位点,出现频率为33.11%。基于转录组序列设计50对引物,筛选得到10对多态性高的引物。10对引物在5个居群63个样本中共扩增得到83个条带,有效条带百分率为100%,多态性信息量(PIC)为0.6889。在物种水平和居群水平上,Nei基因多样性指数(H)分别为0.725 2和0.613 4,Shannon多样性指数(I)分别为1.576 6和1.220 3,观察杂合度(Ho)分别为0.584 5和0.558 4,期望杂合度(He)分别为0.731 2和0.643 5。居群的遗传分化系数(Fst)为0.146 5,基因流(Nm)为1.456 9。UPGMA聚类分析表明,5个居群可分为3支系。结论开发的SSR标记适用于广西地不容的遗传多样性分析。广西地不容在物种和居群水平上均具较高的遗传多样性,遗传分化主要存在于居群内部。     

金钗石斛转录组SSR位点信息分析

SSR是应用于金钗石斛鉴定和遗传多样性研究的重要分子标记之一。为开发新的SSR标记,寻求快速鉴别金钗石斛的方法,该文通过生物信息学手段对金钗石斛转录组序列进行SSR位点搜索、分析,并设计出SSR特异性引物。结果显示,从金钗石斛转录组中搜索到32 709个SSR,分布与26 742条unigenes中,SSR位点发生频率为12.90%,平均每3 748 bp含1个SSR位点。其中,单核苷酸是最主要重复类型,占SSR总数的72.18%,其次是二核苷酸和三核苷酸,分别占SSR总数的15.97%,11.19%。而在所有重复基元中,A/T出现频率最高,AG/CT次之。通过设计、筛选,该研究共获得62 157对SSR位点特异性引物。从中随机挑选20对引物进行PCR扩增,17对扩增出清晰、可重复的条带,扩增率为85.0%。选择3种石斛检测引物多态性,共获得多态性引物13条。以上结果表明,金钗石斛转录组测序产生的unigenes信息可作为开发SSR标记的有效来源,其中的SSR位点出现密度大、类型丰富、多态性潜能高,在金钗石斛及其近缘种的分子鉴定、遗传多样性与分子育种等方面具有较好的应用前景。     

款冬转录组SSR标记开发及其多态性研究

目的分析款冬转录组数据的简单重复序列标记(SSR)位点信息并设计特异引物,以期为款冬分子标记辅助育种提供有力工具。方法对款冬转录组测序数据库中长度1 kb以上的18 938条unigene,利用MISA软件搜索SSR位点信息,利用Primer3设计引物,并随机选择55对SSR引物分析18份不同来源款冬材料的多态性。结果共搜索到4688个SSR位点,分布于3844条unigene中,SSR出现频率为24.75%,平均7979bp含1个SSR位点。SSR位点中三核苷酸重复类型出现频率最高(37.12%),其次是单核苷酸重复(32.36%)和二核苷酸重复(28.20%)。共有60种重复基元,其中A/T(31.42%)、AG/CT(12.80%)、ATC/ATG(9.62%)是优势重复基元。随机选择55对引物进行多态性验证分析,其中42对有扩增产物,14对具稳定可重复的多态性;利用UPGMA作图,将18份样品分为3类。结论款冬转录组中SSR位点出现频率高,类型丰富,多态性高,为其遗传多样性分析、遗传图谱构建和分子标记辅助育种等研究提供了候选分子标记。     

南方红豆杉转录组SSR位点分析及其分子标记开发

目的 基于赤霉素（gibberellin A₃,GA₃）处理下的南方红豆杉Taxus chinensis var. mairei转录组数据鉴定和分析SSR位点,开发可用于南方红豆杉种质资源鉴定和遗传多样性分析的SSR标记。方法 使用MISA软件对南方红豆杉转录组数据进行SSR分析,搜索SSR位点。可搜索单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸,最小重复数分别设置为10、6、5、5、5、5次。采用Primer 3（2.3.5版,默认参数）进行SSR引物设计。通过毛细管荧光电泳检测,最终选定多态性好,扩增成功率高的SSR引物用于后续数据分析;通过MEGA进行UPGMA聚类分析,构建聚类树。结果 转录组测序共获得202 361条Unigene,采用MISA软件搜索出12 008个SSR位点,分布在10 894条Unigenes上,发生频率为5.38%,平均距离为1/7.64 kb。单核苷酸重复类型最丰富,占总SSR位点的51.74%,其次为三核苷酸（20.92%）和二核苷酸重复类型（20.88%）。A/T、AG/CT是优势重复基序,分别占总SSR重复类型的49.60%和10.93%。随机抽选96对SSR引物,以4个地区12份南方红豆杉种质进行引物有效性和多态性验证,筛选出13对具多态性的SSR引物,多态性引物比率为13.54%。13对引物在东北红豆杉Taxus cuspidata扩增效率高达100%,但在曼地亚红豆杉Taxus × media扩增效率仅为23.08%。聚类分析表明太行山地区南方红豆杉聚为一类,浙江、福建和湖南等南方来源的南方红豆杉聚为一类,后三者彼此之间遗传距离更近。结论 南方红豆杉转录组测序产生的Unigene信息可以用来开发SSR分子标记,开发的13个标记将有助于南方红豆杉物种遗传多样性、分子育种、资源保护等方面的研究。     

肇实转录组测序及生物信息学分析

目的:利用高通量测序技术分析肇实转录组信息。方法:采用高通量测序平台Illumina HiSeq 2500对肇实植株的叶片和叶柄进行混合转录组测序,利用转录组分析软件进行组装、注释和遗传标记开发。结果:通过测序和分析,共得到54 088 858个原始Reads,总长8 113 328 700 bp,经过滤、除杂后得到52 831 334个Clean Reads,总长7 285 427 215 bp。肇实转录组中GC含量49.71%,通过de novo组装并去冗余,获得190 889个Unigenes,N50为541 bp。与九大功能数据库比对和分析,共有89 555条约46.91%的Unigenes获得信息注释,其中3 288条基因在9个数据库中均能注释。在GO功能注释分为3大类,分别为20、26、22亚类(共68个亚类);在KEGG数据库中共发现216条代谢通路;KOG中按功能分为25个子类,获得49 976个功能注释信息。共检测到55类、24 917个植物转录因子;根据组装结果,共检测到44 584个SNP位点,7 386个InDel。结论:肇实转录组数据量大,遗传信息丰富,本研究可为深入解析肇实遗传背景、开展其功能基因组分析、分子标记开发、代谢组学研究提供参考,为肇实的综合利用与保护打下基础。     

蒙古黄芪转录组SSR标记开发及遗传多样性研究

为开发蒙古黄芪新的SSR标记及为黄芪分子标记辅助育种提供有力工具,该研究利用MISA软件对蒙古黄芪转录组测序序列长度在1 kb以上的18 040条unigene进行SSR位点信息搜索、分析,利用Primer 3设计SSR特异引物并随机选择110对引物进行验证。结果显示在蒙古黄芪转录组共搜索到5 640个SSR,分布于4 462条unigene,SSR位点出现频率为31.26%,平均每6 514 bp含1个SSR位点。SSR位点中单核苷酸重复是主要类型,占总SSR的36.72%,其次是三核苷酸重复和二核苷酸重复,分别占32.57%,27.73%。在SSR位点所包含的75种重复单元中,A/T(2 026)出现频率最高,AG/CT(1 179),AAG/CTT(477)次之。随机选择合成的110对引物中有97对(88.18%)可以扩增出条带,选择条带清晰稳定的19对引物,利用UPGMA作图,将20个样品分为2类。可见蒙古黄芪转录组中SSR位点出现频率高,类型丰富,大量的SSR为其遗传多样性分析、分子鉴定、遗传图谱构建和分子标记辅助育种等研究提供了丰富的候选分子标记。