干旱胁迫下甜高粱(辽甜一)转录组分析

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水是影响植物生命活动的重要生态因子,水资源短缺是制约农业生产的主要因素之一,干旱胁迫会对植物造成巨大的伤害。植物在经受干旱胁迫时,会感知干旱,然后通过信号转导来调控基因的表达,最终引起生理代谢上的变化来应对干旱胁迫,所以随着全球水资源短缺的危机,研究植物如何应对干旱胁迫已成为各国科学家研究的热点问题之一[1]。然而目前国内外有关干旱胁迫的研究多集中在像小麦、玉米等经济作物,而对于能源作物甜高粱的干旱胁迫研究多集中在生理生化层面,有关转录组的分析研究至今尚未见报道。我国属于水资源短缺的国家,因此开展农作物抗旱研究具有重要意义。本论文以甜高粱(Sorghum dochna)辽甜一为实验材料,通过模拟干旱胁迫,利用高通量测序技术建立了甜高粱转录组数据库。并对差异表达基因进行了COG注释分类,GO富集分析,KEGG通路富集分析,找出响应干旱胁迫的代谢途径,为探讨甜高粱干旱胁迫应答分子机制研究打下基础,为后续寻找参与干旱胁迫响应的相关基因和蛋白创造了条件,具体研究结果如下:(1)应用HiSeq2500双末端测序技术(Pair-end sequencing,PE)进行高通量测序,完成2个样品的转录组测序,共获得17.34Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到8.58Gb,Q30碱基百分比在91.09%及以上。(2)组装后共获得135,265条Unigene。其中长度在1kb以上的Unigene有13,674条。利用NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库作对比,对Unigene进行功能注释,共获得31,316条Unigene的注释结果。(3)进行CDS预测和SNP分析,并用SSR分析Unigene文库的基因结构得到5656个被标记的基因。(4)对对照组(T01)和干旱胁迫组(T02)的样品基因进行表达量分析,从中识别出差异表达基因1979个,其中干旱胁迫中上调基因1065个,下调基因914个。(5)利用NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库作对比,通过跟各数据库比,注释存在表达差异的基因并进行模式聚类和富集性分析,结果寻找到差异表达基因1698个,其中被注释到最多的数据库是NR,数量为1691个。KEGG数据库共映射到495个差异表达基因,是本实验室以后着重处理的数据。(6)另一发现是当甜高粱处于干旱胁迫时,植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction);氨基糖和核苷酸糖代谢(Amino sugar and nucleotide sugar metabolism);酪氨酸代谢(Tyrosine metabolism)这个三通路跟甜高粱干旱胁迫响应相关性较好,是后续研究的重点。(7)将转录组数据与GO数据库进行比对后发现,干旱胁迫下,甜高粱幼苗在以下过程富集明显。在生物进程(BP)大分类中主要有:激素合成及信号转导过程、翻译响应过程、盐胁迫的响应进程、镉离子响应进程、冷害响应进程、细菌的防御反应、光呼吸;细胞组分(CC)大分类中有:胞质溶胶、叶绿体、叶绿体基质、核仁、叶绿体包膜;分子功能(MF)大分类中:核糖体的结构成分、几丁质酶活性、序列特异性DNA结合转录因子活性。本实验运用高通量测序技术进行了转录组和差异表达基因分析,大大丰富了甜高粱转录组数据资源,为探讨甜高粱干旱胁迫应答分子机制研究打下基础。
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