利用RNA--Seq开展盐胁迫下中国芒的转录组分析

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芒隶属于禾本科、芒属、多年生C4植物,对水分、光能和养分有较高的利用率,生物质产量高,抗逆性强,作为能源作物已引起世界范围内的广泛关注。RNA-Seq技术是目前应用最为广泛的转录组测序技术,已成为研究转录组复杂性的有力工具。我国人均耕地少,发展培育芒属能源植物必须开发盐碱地等边际土地,遵循不占用粮用土地的原则。因此,在分子水平上挖掘芒的优异耐盐相关基因是推动培育优异抗逆芒的新品种,推进芒遗传资源改良的必然选择。
  本研究采用RNA-Seq技术对盐胁迫下芒的根和叶构建转录组测序文库,运用HiSeq-4000高通量测序平台进行测序,并结合生物信息学分析的方法对所测得的数据进行拼接、组装、功能注释和差异表达基因分析,结果如下:
  1.芒转录组测序数据过滤后共得到约9.5 G的测序数据,其中Q30比例为95.52%,GC含量为54.72%,通过de novo组装,芒转录组文库共被组装为254234条Unigenes。将组装结果比对到蛋白数据库中,发现有1587个蛋白自身80%~90%的序列能够与转录本中的序列相匹配,有3782个蛋白比对结果达到90%以上。此外,将测序reads回比到组装完的转录本中,能够完全正确配对的序列占40.92%。
  2.对254234条Unigenes进行Blastx同源性比对分析,共有206373条Unigenes与已知的基因序列有较高的同源性,占总Unigenes的81.2%,有46797条Unigenes分别被注释到62个GO条目中。由GO功能注释结果可知,在盐胁迫处理过程中,芒细胞内有大量参与调控细胞代谢活动和响应胁迫刺激等过程的相关基因得到表达,且与细胞膜结构、膜结合细胞器的合成、相关结合蛋白以及酶学催化反应等过程的相关基因注释量较高。
  3.通过限定p-value≤1e-3,C≥2条件以进行差异表达基因的筛选,发现芒在盐处理下的根部差异表达基因数量远高于叶片的差异表达基因数量,且实验组重复之间基本无差异。对差异表达基因进行GO功能富集分析,有890个Unigenes在40个GO条目中得到富集。富集结果表明,在盐胁迫处理条件下,大量差异表达基因被注释到细胞代谢过程及刺激应答等相关条目,其中有66个与刺激应答相关的基因得到富集。因此,可以推测这些响应盐胁迫刺激相关基因的表达在芒抵御盐胁迫过程中发挥了重要作用,为培育耐盐芒草新品种奠定了良好基础。
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