基于转录组测序初步揭示天麻生长代谢的分子机制

目的以箭麻(天麻Gastrodia elata的一个生长阶段)和共生天麻(白麻与蜜环菌共生的天麻)为实验材料,通过转录组测序分析初步揭示箭麻和共生天麻生长代谢特征。方法采用Trizol Reagent(Invitrogen)提取天麻样品中的RNA,建立测序文库并利用Illumina Hiseq^TM2000进行测序,通过与基因数据库比对分析注释和发现差异表达基因。结果箭麻与共生天麻间共获得72244条序列,其中有26312条得到注释。在False Discovery Rate(FDR)<0.05和|log2FC|>1筛选条件下,共有12498条基因发生显著差异表达,其中9000条基因表达上调,3498条表达下调。京都基因和基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)功能富集分析表明,差异基因显著富集在20个代谢途径中,其中包含氮代谢,碳代谢和能量代谢等途径。差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)注释到蛋白相邻类的聚簇(cluster of Orthologous Groupsof proteins,KOG)的25个分类中,其中差异表达基因与生长代谢过程相关过程能量的产生和转化(energy production and conversion,C)、碳水化合物转运与代谢(carbohydrate transport and metabolism,G)、次生代谢产物的合成、转运和代谢(secondary metabolites biosynthesis,transport and metabolism,Q)类别获得2218个注释结果。基于转录组数据,分析了生长代谢过程中相关基因差异表达水平,发现有利于碳、氮、能量等物质积累的谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)、天冬酰胺合成酶(asparagine synthetase,ASNS)、蔗糖合成酶(sucrose synthase,Su Sy)、可溶性淀粉合成酶(soluble starch synthase,SSS)、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)、己糖激酶(hexokinase,HK)、丙酮酸脱氢酶(pyruvatedehydrogenase,PDH),苹果酸脱氢酶(malatedehydrogenase,MDH),异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)基因呈上调表达,除分解ATP的ATP酶(adenosine-triphosphatase,ATPase)上调外,分解氮、碳物质的谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GDH)、精氨酸酶(arginase,Argase)和淀粉酶(amylase,AMS)基因呈下调表达。q RT-PCR分析结果表明这些基因表达水平与转录组表达情况基本一致。相比较于箭麻,共生天麻生长代谢中物质积累比较旺盛。结论共生天麻通过消解侵入的蜜环菌合成有机营养物质和能量,有利于其从蜜环菌和周围环境吸收营养物质供箭麻生长需要,为进一步研究天麻不同发育阶段代谢特征奠定基础,并为天麻栽培提供理论指导。     

蜜环菌与天麻共生分子机制的转录组分析

目的以蜜环菌和昭通乌天麻营养繁殖茎为实验材料,通过转录组测序比较分析,初步揭示蜜环菌天麻共生的分子机制。方法采用Trizol Reagent(Invitrogen)提取营养繁殖茎样品中的RNA,建立测序文库并进行测序。结果蜜环菌与天麻共生时有38 838条序列得到注释,在FDR(False Discovery Rate)0.05和log2|FC|1筛选条件下,共有23 333条基因发生显著差异表达,其中1 595条基因呈上调表达,21 738条呈下调表达。基于转录组数据分析结果,与胞外酶纤维素酶、木聚糖酶、漆酶以及多聚半乳糖醛酸酶相关的Unigene分别有21、6、39和6个,集中差异表达基因分别有9、3、23和4个,除1个纤维素酶基因上调表达外,其他均呈下调表达;与抗氧化酶超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶有关的Unigene基因分别有13、7和17个,其中差异表达的基因分别有6、7和7个,都呈下调表达。此外,q RT-PCR分析验证了这些基因呈下调表达。结论蜜环菌侵染天麻与其共生的过程中,蜜环菌的生命活动减弱,同时未受到天麻胁迫作用。这为进一步研究天麻蜜环菌共生分子机制提供了大量有价值的基因资源。