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    植物转录组高效发文最新案例

    发稿时间:2021-04-12来源:天昊生物

    英文题目:Characterizing the Leaf Transcriptome of Chrysanthemum rhombifolium (Ling et C. Shih), a Drought Resistant, Endemic Plant From China

    中文题目:中国特有抗旱植物菱叶菊叶片转录组特征分析

    期刊名:Front Genet.  

     影响因子:3.258  

    发表时间:2021-2-11


    菱叶菊是一种非常适应恶劣环境的特有植物,然而人们对它的植物抗逆特性的分子生物学,甚至对它的整个植物的分子生物学知之甚少。为了研究菱叶菊的分子生物学和胁迫适应机制,本研究利用Illumina平台对其叶片进行了转录组测序。共获得130,891个单基因,在公共蛋白质数据库中注释了97,496(~74.5%)单基因。相似性搜索表明,40,87874,084个单基因分别与NCBI非冗余和Swissprot数据库中的已知蛋白质显示出显著的相似性。其中,56,213个和42,005个单基因分别被分配到基因本体(GO)数据库和同源群聚类(COG)数据库,38,918个单基因被映射到五个主要类别,包括18KEGG途径。代谢是主要KEGG类别中最大的类别,表明菱叶菊具有活跃的代谢过程。大约2459个单基因被注释为在防御机制或应激耐受中起作用。菱叶菊的转录组分析显示,在10,524个单核苷酸和具有较高多态性的单核苷酸、三核苷酸和二核苷酸中存在12,925个微卫星?;?/span>GME基因的亲缘物种系统发育分析证实了转录组数据的可靠性。本工作是首次对菱叶菊作为一种新的植物抗逆基因资源的遗传研究。这大量的转录组序列使研究者能够全面了解菱叶菊的基本遗传学,并发现有助于菊花新基因的分子改良。


    菊花是我国最受欢迎的花卉之一,也是世界上最重要的切花,具有很大的观赏价值和经济价值。然而,菊花的长期人工驯化往往导致其对环境压力的抵抗力和适应性下降,从而限制了它们在园林绿化和工业生产中的使用。因此,在野菊花种中鉴定出许多抗逆性状及相应的抗逆基因资源,对菊花品种的遗传改良具有重要意义。RNA测序(RNA-Seq)是使用深度测序技术对不同类型的RNA分子进行定量和分析的有力工具。它为研究者提供了高通量、高准确度、高灵敏度和高重现性的大规模转录数据,使研究者能够生成该物种转录组的前所未有的全球视图。RNA-seq在植物中得到了广泛的应用,特别是对于一些非模式物种和一些大而复杂的基因组,大大加快了新基因的发现,了解复杂的组织特异性表达模式,以及高等植物中的调控网络。菱叶菊是重庆巫山特有的多年生草本植物,并具有很高的观赏价值。它有菱形的叶子,背面有浓密的短柔毛和半木质化的茎和枝(1)。本种很好地适应以高温、低土壤肥力和干旱为特征的环境。然而,除了作为菊花分子系统发育的样本外,很少对菱叶菊进行研究。在这里,很少有人知道它对整个植物的分子生物学或植物对胁迫的抗性特征。这促使研究者利用高通量RNA测序和从头组装来表征其叶片转录组,为理解菱叶菊的生物学提供了全面的资源,并在改进菊花和其他相关作物的育种方面获得了见解。


    本研究的植物材料是从中国重庆巫山采集获得的。新鲜成熟的叶子用无菌水清洗,立即在液氮中冷冻,并储存在-80℃,之后用于RNA-seq检测。测序采用Illumina HiSeq 2500平台进行。质控后,使用Trinity软件用于从头转录组组装。单基因的功能注释和分类分析使用NCBI Nr、NCBI Nt、Swiss-Prot、GOPfam对获得的单基因进行注释,还使用蛋白质直向同源群簇(KOG/COG)KEGG数据库进行功能注释,分别对可能的COG功能和KEGG途径进行分类,并预测可能的功能分类和分子途径。系统发育分析使用GDP-D-甘露糖3’,5’-异构酶(GME)进行,它是调节细胞壁生物合成和抗坏血酸积累的,在植物发育和非生物胁迫耐受中发挥重要作用。研究者提取了带有注释的GME单基因序列,并将其与从Genbank检索到的其他GME同源基因进行比对。多重比对是使用MUSCLE软件并手动调整。研究者通过使用MEGA软件的1,000个自举重复的邻近连接(NJ)方法构建了系统进化树。SSR预测利用MIcroSAtellite预测了所有组装的单基因中的SSR区域。研究者使用默认设置检测了核苷酸的SSR基序。   


     

    非冗余单基因的功能注释和分类

    在用Illumina双端测序和组装后(表1),研究者使用Nr、Nt、Pfam、KOG、Swiss-prot、GOKEGG数据库来注释组装的单基因。在获得的130,891个单基因中,至少97,496个单基因(74.48%)可以用搜索的数据库进行注释——40,878 (Nr)、55,831 (Nt)、37,488 (KO)、74,084 (Swiss-prot)、56,213 (Pfam)、56,213 (GO)42,005 (KOG/COG) (2、图2)。



    COG分析实现了42,005个单基因的功能分类(3)。最常见的类别是翻译、核糖体结构和生物发生”(7,147;17%),其次是翻译后修饰、蛋白质周转、伴侣蛋白”(6,016;14.3%),能源生产与转换”(4830;11.5 %),仅一般功能预测”(4,706;11.2%),氨基酸转运与动力学”(2407;5.7%),细胞内转运、分泌和囊泡转运(2218;5.3%),信号转导”(2145;5.1%)、脂质转运与代谢”(2065,4.9%)碳水化合物转运与代谢”(2057;4.9%).最不常见的组是核结构”(183;0.4%),细胞外结构”(36;0.09%)细胞能动性”(24;0.06%)。本研究发现了205个属于防御机制的单基因,表明菱叶菊中存在抗逆基因。