外源无机硒影响银杏叶片黄酮基因CHS、FLS、PAL、FOMT的转录组学和代谢组学联合分析

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:weiqiwin
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银杏(Ginkgo biloba L.)是我国特有的一种多用途经济树种,其作为药用、材用、果用和食用被广泛栽培,具有很高的经济价值与研究价值。本实验应用室内盆栽土培试验方法,对两年生银杏幼苗施加无机硒亚硒酸钠(Na2SeO3),施硒方式为叶面喷洒和根部浇灌。叶面喷洒浓度为10 mg/mL、15 mg/mL、20 mg/mL、25mg/mL、30 mg/mL,根部浇灌浓度为10 mg/pot、15 mg/pot、20 mg/pot、25 mg/pot、30mg/pot,并测定其部分生理指标,研究无机硒对银杏幼苗生长和生理方面的影响。以及通过对银杏幼苗采用不同的施硒方式和不同施硒量配比方式的比较,得出硒对银杏的黄酮含量影响最大的施硒方式与施硒浓度,并通过转录组和代谢组联合分析,得到通过不同方式外源无机硒处理后,其植物体内差异基因和代谢物的种类,并研究硒对调控银杏黄酮合成的4个关键基因CHS、FAL、PAL、FOMT的影响。研究结果表明无机硒能影响银杏幼苗的生长发育,适宜浓度的无机硒有助于幼苗生长,而过量的浓度则起到抑制的作用,当叶施Na2SeO3浓度为15 mg/mL时,根施Na2SeO3浓度为20 mg/pot对银杏生物量的影响最大,叶施Na2SeO3浓度为30 mg/mL时根冠比最大,浓度10 mg/mL时最小。根施Na2SeO3浓度为15mg/pot时根冠比最大,浓度30 mg/pot时最小。叶施Na2SeO3浓度为20 mg/mL时对幼苗叶绿素合成有抑制作用,根施Na2SeO3为30 mg/pot以下对叶绿素合成有促进作用。通过对黄酮含量测定,选取差异最大的两组:叶施浓度为20 mg/mL(A组)和根施浓度为20 mg/pot(B组)做转录组测序,测序结果提交Nr,Nt,Pfam,KOG/COG,Swiss-prot,KEGG,GO七大数据库,共注释有142834条unigenes。Nr库比对注释的结果显示E值为0、小于1E-100、介于1E-60到1E-100之间、介于1E-5到1E-60之间的unigene所占比例分别为2%、14.9%、13.5%和70.5%。GO注释结果显示共有989149个unigenes被归属到细胞组分、分子功能和生物学过程中,个数分别为206649、106833、675667。可细分为56个亚类,其中生物学过程中cellular process、metabolic process和single organism process所占比例较高,细胞组分中cell和cell part、organelle所占比例较高,分子功能中binding和catalytic activity占有较高比例。KOG数据进行比对结果显示成功注释到KOG的20674个unigenes分布于26个功能分类。差异基因分析叶施组与对照组有4653个差异基因,根施组与对照组有2546个差异基因,而根施与叶施相比则只有394个差异表达基因。GOseq分析结果显示,叶施组与对照组的差异基因主要富集于分子功能中的catalytic activit和生物学过程中的single organism metabolic process。根施组与对照组的差异基因主要富集于分子功能中的catalytic activity。而处理组之间则无显著富集结果。处理组与对照组上调与下调的基因同样富集于分子功能中的catalytic activit。差异表达基因的KEEG富集分析结果显示处理组叶施组与对照组之间有1491个差异基因富集于114个通路中。根施组与对照组之间有822个差异基因富集于108个通路上。而处理组之间有仅159个差异基因分布在57个通路中。代谢组检测共检测到到991个包括已知和未知的代谢物,其中检测到类黄酮物质253种,花青素类物质21种,黄酮类物质98种,黄酮C类物质50种,黄酮醇类物质37种,黄酮-木质素3种,类黄酮34种,异黄酮10种。通过对差异代谢物的筛选,对照组与叶施组之间共有315个差异代谢物,对照组与根施组之间共有324个差异代谢物,而处理组之间仅有154个差异代谢物。KEGG数据库对显著差异代谢物进行注释叶施组和对照组的显著差异代谢物共有215个富集在79个通路中,其中主要集中于Metabolic pathways、Flavone and flavonol biosynthesis、Biosynthesis of secondary metabolites和ABC transporters通路中,根施组和对照组的显著差异代谢物共有247个富集在83个通路中,主要集中在Metabolic pathways、Biosynthesis of secondary metabolites、Flavone and flavonol biosynthesis和ABC transporters通路中。处理组之间的显著差异代谢物共有107个富集在48个通路中,主要集中在Biosynthesis of secondary metabolites和Metabolic pathways中。CHS、FOMT、FLS、PAL基因实时定量PCR结果显示,叶施组的CHS、FOMT、FLS、PAL基因经外源无机硒处理后,其转录水平同对照组相比有明显的上升,而根施组同对照组相比则基本差别相对较小,其中CHS基因和PAL基因有稍微下调的趋势。
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