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基于RNA-Seq技术的国产沉香转录组测序及数字基因表达谱分析认领

被引量： 43

作者：

吴宏清

学位授予单位：

江西农业大学

摘要：

国产沉香是我国传统名贵药材，而白木香是其唯一植物资源，健康的白木香不产沉香，为满足对沉香的消费需求，人们对人工结香技术进行了研究，发现任何对白木香树干的伤害均能诱导产生沉香物质，而这些伤害是怎样诱导结香的，其中的结香机理是怎样的，相关的研究报道却很少。本项目对白木香木材组织总RNA的提取方法进行了研究，利用第二代高通量测序技术对国产沉香的转录组进行测序，并对国产沉香各组织进行了数字基因表达谱分析，筛选各组织表达有差异的基因，从倍半萜合成代谢途径和伤害防御反应两方面研究白木香产沉香的机理。获得结果如下：（1）确定白木香木材组织总RNA的最佳提取方法为改良异硫氰酸胍-CTAB法，并用该方法成功提取白木香各组织总RNA用于转录组测序。（2）本研究进行的转录组测序结果理想，测序质量较高，Q20值高达97.45%，组装后获得平均长度为702nt，N50值为1120的83,467条Unigenes序列，丰富了白木香产沉香的转录组信息。经过blast比对，共50,565条Unigenes序列得到基因功能注释，占所有Unigenes总量的60.58%，其中各有171、33、1352条Unigenes序列分别被Terpenoid backbone biosynthesis（ko00900）、Sesquiterpenoid and triterpenoidbiosynthesis（ko00909）和Plant-pathogen interaction（ko03040）Pathway注释，为研究白木香倍半萜代谢途径和白木香伤害防御反应机制提供序列信息。（3）利用RNA-Seq技术对国产沉香各组织进行数字基因表达谱分析，各样品均获得超过7M的clean reads，约80%以上的序列能比对上参考转录组数据。经过差异表达基因筛选，结香样品相对于白木样品有4784个基因上调表达，3603个基因下调表达，说明结香组织与白木组织基因表达差异明显，而这些表达有差异的基因可能在白木香产沉香的过程中承担重要的任务。（4）得到倍半萜合成代谢途径中各种酶在国产沉香各组织中的表达情况，发现HMGS和HMGR的表达量要明显高于其他酶类，且这两种酶的表达量在结香样品中要明显高于其他样品，说明这两种酶，尤其HMGR，可能是白木香倍半萜类合成代谢中极为重要的酶类；得到防御相关的WRKY、MYC2和JAZ转录因子在国产沉香各组织中的表达差异，发现WRKY转录因子的表达模式可分为三类。而MYC2转录因子也可能参与了白木香的应激反应或次级代谢过程。（5）成功从国产沉香cDNA中扩增得到倍半萜合成酶基因As-SesTPS，对该序列进行了相似性比较和同源性分析，确定其编码的蛋白与Vitis vinifera的大根香叶烯-D合成酶相似性最高，达68%，一致性达50%。应用生物信息学的方法对该编码蛋白进行各种理化性质分析，确定分子量为62.80kD，等电点为5.26，为酸性蛋白，总平均疏水指数为-0.303，预测其为亲水性蛋白。综上所述，本研究对国产沉香转录组进行测序，获得了大量的国产沉香转录组信息，为国产沉香的转录组研究提供了基础数据。对国产沉香各组织进行的数字基因表达谱分析，得到了各组织基因的差异表达情况，对差异表达基因进行研究，推测出在白木香结香过程中的关键基因，并成功克隆在结香组织中高表达的倍半萜合成酶基因As-SesTPS，为白木香产沉香机理的研究提供参考。

摘要译文

关键词：

国产沉香; RNA-Seq; 差异表达基因; 倍半萜代谢; 伤害防御

学位年度：

2013

学位类型：

硕士

学科专业：

生物化学与分子生物学

导师：

白玲章卫民

中图分类号：

S567.19;S567.1[木本⑨]

学科分类号：

0901[作物学];100810[分子生药学]