基于代谢组学和转录组学探究草珊瑚叶和根中黄酮类成分差异积累的转录调控机制北大核心CSCD

为了探究草珊瑚叶和根中黄酮差异积累的分子调控机制,该研究以草珊瑚叶和根为材料,采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术和高通量转录组测序(RNA-seq)技术进行转录组学和代谢组学联合分析,筛选黄酮类差异代谢物和关键差异代谢酶基因,并随机选取其中8个差异表达基因进行qRT-PCR验证。结果表明,通过代谢组学分析发现在草珊瑚叶和根中共获得37个黄酮相关差异代谢物,包括乔松素、根皮苷、柚皮素、山柰酚、无色矢车菊素、5-O-咖啡酰莽草酸等;通过转录组学分析发现草珊瑚叶和根中共获得36条黄酮相关差异基因,包括2条PAL、3条4CL、2条CHS、4条CHI、2条FLS、1条DFR、1条CYP73A、1条CYP75B1、3条PGT1、6条HCT、2条C3′H、1条CCOAOMT、1条ANR、1条LAR、2条3AT、1条BZ1、2条IFTM7、1条CYP81E9。同时,预测了C2H2、bHLH、bZIP等6个转录因子参与调控草珊瑚叶和根中黄酮合成差异积累。qRT-PCR结果显示,随机选取的8个参与黄酮合成的酶基因在草珊瑚叶和根中上下调表达趋势与转录组测序结果一致。该研究初步解析了草珊瑚叶和根中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草珊瑚中黄酮类成分积累的调控作用奠定基础。     

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。     

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...     

多花黄精根茎的转录组分析与甾体皂苷生物合成相关基因发掘

为了丰富多花黄精Polygonatum cyrtonema幼苗期根茎发育的转录组数据,发掘参与甾体皂苷生物合成的功能基因,为多花黄精活性成分的合成代谢途径与调控机制研究提供遗传资源,该研究基于Illumina深度测序平台,对多花黄精幼苗期根茎进行转录组测序及生物信息学分析,包括序列数据的组装拼接、unigene序列的功能注释、分类和代谢途径分析,并对次生代谢途径中甾体皂苷的生物合成通路进行深入解析。结果显示,多花黄精根茎的转录组数据经拼接共产生了126 546条unigene序列,其中47 226条被注释。共有16 499条unigene被定位到了KEGG数据库中的132个代谢通路,其中2 768条被鉴定出参与了22个次生代谢物生物合成通路。鉴定出的113条unigene序列,分别编码27个与甾体皂苷生物合成相关的代谢酶,与45个拟南芥酶基因同源。该研究从多花黄精转录组数据库中发掘到一系列与活性成分甾体皂苷生物合成相关的酶基因,对这些基因的深入研究,有助于从分子水平上解析多花黄精中甾体皂苷的生物合成途径。该研究也为多花黄精的转录组学研究提供了丰富的参考数据,对于多花黄精的功能基因组学研究具有重要意义。     

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。     

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。     

榔梅果实转录组分析及其柠檬酸生物合成途径关键酶基因结构与功能预测

榔梅作为孑遗树种,果实极具药用价值。为研究榔梅柠檬酸的生物合成途径,采用Illumina HiSeq XTen高通量测序技术对榔梅果实进行转录组测序,经过拼接组装后得到38 936条unigene,其中28 311条unigene被公共数据库成功注释,15 193条unigene映射到265条KEGG代谢通路;18 908条unigene可归类到59个GO功能亚类。在柠檬酸合成与代谢途径中,共有103条unigene编码15个关键酶参与柠檬酸循环。对柠檬酸合酶进行序列分析和同源建模,结果显示榔梅的柠檬酸合酶是以α螺旋为主的同源二聚体蛋白,酶的活性中心氨基酸高度保守。该研究为榔梅果实中柠檬酸生物合成途径的解析奠定了基础,促进了榔梅基因资源的保护和开发。     

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。     

基于多花黄精转录组的多糖及薯蓣皂苷生物合成路径研究

多花黄精Polygonatum cyrtonema为百合科黄精属植物,其干燥根茎作为黄精药材来源之一,一直药食兼具,其主要活性成分为多糖和皂苷类。现有研究多集中于药材质量与药理药效学评价,对其药效物质的生物合成研究报道较少。为进一步探索多花黄精中多糖及薯蓣皂苷生物合成途径及其相关的结构基因,该研究对多花黄精叶、茎、根茎、根4个组织部位进行转录组测序分析。采用BGISEQ-500测序平台,共获得42.03 Gb数据;以Trinity软件对去除冗余后的全部读长进行组装,共获得137 233条转录本,其中68.13%的unigene在7个功能数据库(KEGG,GO,NR,NT,SwissProt,Pfam,KOG)中得到注释。通过数据挖掘,对可能参与多糖与薯蓣皂苷生物合成的转录本进行分析,阐释了多花黄精中该2类药效物质生合成的可能途径;应用实时定量PCR,将多花黄精多糖及皂苷合成基因的实际转录水平与其生物信息学数据进行比对,验证其表达情况。该实验为多花黄精次生代谢产物生物合成途径研究及其相关结构基因功能的阐明提供数据资料。     

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。     

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。     

基于高通量转录组测序的菟丝子黄酮改善雷公藤多苷片致大鼠生殖损伤的机制研究

雷公藤多苷片具有较好的抗炎和免疫调节活性,但其生殖损伤显著。课题组前期研究发现,菟丝子黄酮可通过对生精细胞周期、凋亡及相关蛋白表达的调节改善雷公藤多苷片导致的生精细胞损伤,但其基因层面的作用机制尚不清楚。该研究采用Illumina高通量测序平台对菟丝子黄酮和雷公藤多苷片干预后大鼠生精细胞进行转录组测序,筛选出差异表达基因,并进行差异基因的GO富集和KEGG通路分析,探讨菟丝子黄酮改善雷公藤多苷片所致生殖损伤的作用机制。结果发现,与空白组相比,雷公藤多苷片组筛选出794个上调基因和491个下调基因;与雷公藤多苷片组相比,菟丝子黄酮+雷公藤多苷片组筛选出440个上调基因和784个下调基因。其中,与生殖功能密切相关的基因为DNMT3L。GO功能和KEGG信号通路富集分析显示,上述差异基因主要富集在细胞、细胞过程、催化活性、结合、卵巢类固醇合成和甲状腺激素等功能和通路上。其中甲状腺激素信号通路为2个对比组共同富集通路。总之,菟丝子黄酮改善雷公藤多苷片所致雄性生殖损伤的作用机制与DNMT3L基因及甲状腺激素信号通路密切相关,发现的多种差异基因为菟丝子黄酮和雷公藤多苷片的配伍减毒增效机制研究提供了有价值的信息。     

基于转录组数据对七叶树中三萜皂苷合成途径的研究

七叶树是七叶树科七叶树属高大乔木,集药用与观赏于一身。七叶树种子是其主要的药用部位,主要有效成分为齐墩果烷型三萜皂苷类化合物七叶皂苷。为了解七叶树三萜化合物生物合成的分子基础,该研究采用Illumina Hi Seq 2000高通量测序获得七叶树种子与花的转录组数据,并对其代谢途径相关基因进行挖掘;使用Trinity软件实现unigene的de novo拼接;并将转录组的测序结果运用KEGG数据库进行注释,从而预测七叶树三萜代谢的具体途径。结果显示七叶树转录组共有2个三萜代谢途径相关数据集,分别为萜类物质前体代谢途径(途径编号为ko00900)和倍半萜与三萜代谢途径(途径编号为ko00909),对应的基因分别有47,27条。进一步根据催化酶与活性产物的总结比较分析发现萜类物质前体代谢途径相关酶共有8种,三萜代谢途径相关酶有3种。该研究首次在七叶树中解析出5条与三萜环化酶对应的基因,它们可能参与β-香树精合成进而形成七叶皂苷。通过种子与花的转录组表达差异分析显示,ko00900和ko00909途径相关的差异基因有33个;相对于花器官,种子中有17个unigenes表达量上调,16个unigenes表达量下调。该研究运用qRT-PCR实验对SQE(Unigene25806),HMGS(Unigene36710),β-AS(Unigene33291) 3个差异显著的关键酶基因的表达进行了试验验证,实验结果qRT-PCR结果与转录组数据一致。该研究所发现的七叶树的三萜皂苷合成相关候选基因能对七叶树三萜代谢合成与调控方面提供理论依据。     

金荞麦黄酮生物合成途径分析及关键酶基因鉴定

为了丰富金养麦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测序平台对金养麦的根状茎、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...     

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。     

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。     

全萼秦艽转录组中环烯醚萜类相关基因挖掘及验证

国产龙胆科龙胆属Gentiana植物广泛分布有龙胆苦苷等环烯醚萜苷类活性成分,具有重要的药用价值。在前期工作基础上,对藏族药"解吉那保"(■)基原植物之一全萼秦艽G.lhassica转录组进行测序分析,分别构建其根、茎、叶、花转录组数据库,挖掘可能参与编码环烯醚萜苷类生物合成通路中关键酶的unigene,应用qRT-PCR技术验证AACT、DXS、MCS、HDS、IDI、GPPS、GES、G10H、7-DLNGT、7-DLGT、SLS 11个基因在根、茎、叶、花中的表达量,测定根、茎、叶、花中龙胆苦苷、马钱苷酸含量。(1)共得到76 486条unigene,平均长度为852 bp。(2)335条unigene参与到19个KEGG次生代谢标准通路中,其中,条数最多的通路为苯丙素生物合成,有75条;没有注释到异黄酮生物合成通路。(3)171条unigene参与编码环烯醚萜类化合物的生物合成代谢通路中的27个关键酶;值得注意的是,1-脱氧-D-葡萄糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)基因表达量非常高。(4)qRT-PCR与RNA-Seq数据计算结果基本吻合,实验涉及的11个基因皆为地上部位(茎、叶、花)的相对表达量高于地下部位(根)。(5)龙胆苦苷、马钱苷酸总量的HPLC测定值均为地上部位(茎、叶、花)大于地下部位(根),差异明显。该研究可为藏族药"解吉那保"客观、准确的品种鉴定,种质资源评价,探讨龙胆科药用植物次生产物累积规律及高山濒危物种保护等提供基础科学资料。     

基于454 ESTs的麻黄转录组研究

该研究应用454 GS FLX Titanium高通量测序技术对5年生草麻黄Ephedra sinica的草质茎进行转录组测序,共获得48 389条表达序列标签(express sequence tags,ESTs),序列平均长度为373 bp。所得序列与Gen Bank中麻黄的EST合并拼接,获得18 801条一致性序列(unigene)。通过与公共数据库中的序列进行同源性比较分析对所得转录本进行功能注释,结果表明其中56.0%(10 531条)的unigenes与其他生物的已知基因具有一定程度的同源性。进一步分析获得了19条可能参与麻黄生物碱生物合成的序列(共编码9个关键酶),97条细胞色素P450序列,以及大量转录因子序列。该研究为麻黄生物碱类化合物的生物合成研究奠定了基础,同时为麻黄转录组学的研究提供了海量数据,对于麻黄的功能基因组学研究具有重要意义。     

薄荷黄酮类含量动态变化

目的:探讨薄荷黄酮类成分的动态积累。方法:采用紫外-可见分光光度法测定不同采收时间苏薄荷中总黄酮的含量,并以其中主要的黄酮苷元(香叶木素)和黄酮苷(蒙花苷)为指标成分,采用HPLC法考察它们的动态变化。结果:不同生长期苏薄荷中黄酮类成分积累具有一定规律。结论:黄酮类成分含量在传统的采收期间达到最高。