基于RNa-Seq技术对脐橙果皮光泽型芽变果实发育期间蜡质合成及转运相关基因的研究

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以纽荷尔脐橙果皮光泽型突变体和母本纽荷尔脐橙果皮为实验材料,提取两者RNA进行转录组测序(RNA-Seq),结合课题组前期对两者果皮蜡质成分差异分析结果,筛选果实发育期间可能的差异表达途径以及差异表达基因,运用荧光定量PCR技术对筛选到的差异表达基因进行验证,并对可能的关键基因进行克隆,从分子水平探讨了纽荷尔脐橙果皮光泽型突变体和母本纽荷尔脐橙之间的差异,为改良脐橙品质奠定了理论基础。主要研究结果如下:  1.借助Illumina HiSeqTM2000测序平台,对纽荷尔脐橙光泽型突变体果皮和母本纽荷尔脐橙果皮RNA进行转录组测序,测序结果如下:  (1)得到总reads共计77,339,480条,其中MT38,734,326条,WT38,605,154条。基因覆盖度进行统计显示MT与WT中覆盖度在80%以上的均占到17%。  (2)得到差异表达基因4,959个(FDR≤0.001且差异倍数在2倍及以上),WT与MT相比,发生相对上调基因1,542个,发生相对下调基因3,417个。  (3)GO功能显著性富集分析将差异表达基因注释到三大功能条目:细胞组分、分子功能和生物过程。其中细胞器、催化活性功能和细胞过程所占比例最大,分别占到三个功能条目的76.7%,68.7%,74.7%。  (4)KEGG数据库将差异基因富集到124条Pathway,其中富集最大的是代谢途径747(23.22%),其次是次级代谢产物生物合成452(14.05%)。  (5)优化了9,296个基因注释结构,补充或延长了它们3UTR或5UTR。  (6)发现新转录本438个,其中MT216个,WT222个。438个新转录本中具有编译能力的有75个,其中MT41个,WT34个。  (7)MT和WT中分别有707和607个基因发生可变剪接,其形式为IntronRetention。  (8)发现SNP共计84,090个,其中MT44,389个,WT39,701个。  2.结合RNA-Seq数据与课题组前期纽荷尔脐橙果皮光泽型突变体和母本纽荷尔脐橙果皮蜡质差异成分分析结果,筛选蜡质合成相关差异表达途径,从中随机选取差异表达基因并对其在果实发育期间相对表达量进行测量,在基因层面解释纽荷尔脐橙果皮光泽型突变体和母本纽荷尔脐橙果皮蜡质成分差异原因,结果如下:  (1)本实验筛选了相关差异表达途径6条,从中随机选取16个差异表达基因,属于7个基因家族。其中表达量相对上调基因3个,表达量相对下调基因13个。利用RT-qPCR技术对16个差异表达基因在果实发育期间相对表达量进行测量,13个基因在果实整个发育期间连续表达,3个基因在发育期间间断性表达。16个差异表达基因中有12个与测序结果相一致,表明RNA-Seq测序结果准确可靠。  (2)对比差异表达基因RT-qPCR结果与课题组前期纽荷尔脐橙果皮光泽型突变体和母本纽荷尔脐橙成熟时期果皮蜡质差异成分分析结果,两者结果完全一致。  3.利用RT-PCR技术和基因克隆技术对纽荷尔脐橙果皮光泽型突变体(MT)和普通纽荷尔脐(WT)果皮CER1基因家族Cs4g02580,Cs1g02760基因,KCS基因家族Cs4g06430基因进行克隆,分别将其命名为CER1-1,CER1-2,KCS-1。分析结果如下:  (1)CER1-1 cDNA序列全长1,492bp,包含一个1,275bp的开放阅读框,编码424个氨基酸,MT与WT相比,CER1-1氨基酸序列有11个位点发生突变。  (2)CER1-2-MT cDNA序列全长1,146bp,1,128bp的开放阅读框编码375个氨基酸;CER1-2-WT基因全长1,149bp,1,131bp的开放阅读框编码376个氨基酸。MT与WT相比,CER1-2氨基酸序列存在2个位点差异,其中一个氨基酸残基缺失。  (3)KCS-1 cDNA序列全长1,304bp,1,266bp的开放阅读框编码421个氨基酸,MT与WT相比,KCS-1氨基酸序列有2个位点存在差异。
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