干旱胁迫下甜高粱（辽甜一）转录组分析

发布时间：2020-04-11 15:20

【摘要】：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。
【图文】：

图 1-1 植物中基因组 DNA 结构示意图与转录组 RNA 表达Fig.1-1 Schematic representation of genome(DNA) organization and genetic expression in plants1.6.1 单细胞转录组分析对于细胞个体来说，由于转录调控，会出现同类型的细胞中基因表达水平有明显不同。科学家进行大量探索后发现转录组的随机变异性是决定细胞的功能，生命周期的主要因素，因此不同的细胞具有不同的转录组表型，利用单细胞高通量测序技术已经能实现对单个细胞的转录组信息进行收集。1.6.2 转录组测序确定 RNA 结构现今更多的生物学家开始关注非编码 RNA 对于基因表达的调控，，而 RNA 行使其功能的基础是 RNA 的结构，所以第一步要先探究 RNA 的结构。使用转录组测序来鉴定RNA 结构比传统化学法，酶切法要更加精确高效，灵敏度更高。

转录组测序实验流程图
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S566.5

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本文编号：2623738