多花黄精根茎的转录组分析与甾体皂苷生物合成相关基因发掘

为了丰富多花黄精Polygonatum cyrtonema幼苗期根茎发育的转录组数据,发掘参与甾体皂苷生物合成的功能基因,为多花黄精活性成分的合成代谢途径与调控机制研究提供遗传资源,该研究基于Illumina深度测序平台,对多花黄精幼苗期根茎进行转录组测序及生物信息学分析,包括序列数据的组装拼接、unigene序列的功能注释、分类和代谢途径分析,并对次生代谢途径中甾体皂苷的生物合成通路进行深入解析。结果显示,多花黄精根茎的转录组数据经拼接共产生了126 546条unigene序列,其中47 226条被注释。共有16 499条unigene被定位到了KEGG数据库中的132个代谢通路,其中2 768条被鉴定出参与了22个次生代谢物生物合成通路。鉴定出的113条unigene序列,分别编码27个与甾体皂苷生物合成相关的代谢酶,与45个拟南芥酶基因同源。该研究从多花黄精转录组数据库中发掘到一系列与活性成分甾体皂苷生物合成相关的酶基因,对这些基因的深入研究,有助于从分子水平上解析多花黄精中甾体皂苷的生物合成途径。该研究也为多花黄精的转录组学研究提供了丰富的参考数据,对于多花黄精的功能基因组学研究具有重要意义。     

基于转录组测序的山茱萸次生代谢生物合成相关基因的挖掘

为探讨山茱萸中环烯醚萜等次生代谢产物合成的遗传基础,采用新一代高通量测序技术对其果实进行转录组测序,共获得得96 032条unigenes,平均长度590.53 bp;其中共有35 478条unigene能被NR,Swissprot,COG,GO,KOG,Pfam和KEGG等7个公共数据库注释。通过对注释所得的unigene进行KEGG代谢通路的分析发现,共有84个unigene与环烯醚萜类成分的生物合成有关;487条unigene参与山茱萸其他次生代谢相关物质代谢调控。研究发现,共有153条unigene参与山茱萸次生代谢产物的氧化/羟基化;72条unigene参与次生代谢产物的糖基化。该研究首次对山茱萸转录组进行了分析,并获得了山茱萸环烯醚萜类等次生代谢生物合成相关的候选基因,为山茱萸的分子生物学研究提供了丰富的数据资源,也为后续探讨候选基因的功能奠定了基础。     

基于高通量测序的玄参根部转录组学研究及萜类化合物合成相关基因的挖掘

该研究应用新一代测序技术Illumina HiSeq~(TM)4000在转录水平上对药用植物玄参根部进行测序,结合生物信息学方法开展基因功能注释和SSR位点搜索。通过测序,共获得65 602 036条原始序列。利用生物信息学软件拼接和组装序列,获得73 983条unigene,平均长度823 bp。序列同源性比较表明,56 389条unigene与其他物种具有不同程度的同源性。通过Swiss-Prot,GO,KEGG,COG比对注释,发现520条编码玄参次生代谢途径关键酶基因和191个相关转录因子。利用MISA软件在所有unigenes中共搜索到11 659个SSR位点,重复类型以二核苷酸为主。该研究所获得的参与次生代谢的关键基因可为研究玄参药用成分的生物合成和调控机制奠定基础,获得的大量SSR位点为后续研究玄参种质鉴定及遗传多样性研究提供参考。     

基于转录组测序挖掘新塔花黄酮类物质生物合成相关基因

新塔花为唇形科植物,新疆地产药材,其主要药效成分为蒙花苷等黄酮类成分。该研究利用二代高通量测序技术对新塔花的花序部位进行转录组高通量测序,获得77 366条单一序列。通过搜索数据库和聚类分析对56 375条unigene进行了功能注释,继续对代谢通路分析,发现新塔花转录组中有60条unigene可能编码黄酮合成途径一些酶类。后对其不同组织的蒙花苷的含量及4条黄酮合成关键基因进行了测定、分析及验证,为进一步分析其他参与新塔花中黄酮类成分生物合成相关酶基因奠定了研究基础。     

基于高通量测序的药用植物“凤丹”根皮的转录组分析

牡丹皮为我国传统常用中药,安徽省铜陵地区栽培的"凤丹"根皮加工而成的药材牡丹皮被誉为道地药材,药用活性成分丰富多样,但目前尚不清楚"凤丹"药用部位次生代谢过程中活性物质合成的遗传学基础。研究采用Illumina Hi Seq 4000高通量测序平台对五年生"凤丹"根皮转录组进行测序,对测序结果进行de novo拼接和功能注释,测序后获得72 997条unigene。进一步利用公共数据库进行同源比对,其中41 139条unigene被Nr数据库成功注释,34 952条unigene能被GO数据库成功注释,20 016条unigene被KEGG数据库成功舒注释,共涉及到5个大类、34个种类、352条代谢通路;在次生物质合成与代谢途径中,其中苯丙素类化合物、萜类化合物骨架合成、各种类型萜类化合物、生物碱类化合物以及黄酮类成分生物合成途径中的unigene分别有214,104,152,55,36个;不同产地样本间差异表达基因的富集性比较显示不同产地样本间存在明显差异;此外,在72 997条unigene中共检测到9 939个SSR序列,其中二核苷酸重复的SSR标记占20.75%。研究的结果不仅为挖掘"凤丹"次生代谢物生物合成关键基因提供了基础数据信息,也为药用牡丹的遗传多样性研究和分子标记开发奠定了分子基础。     

基于转录组测序挖掘国槐花蕾黄酮类物质生物合成相关基因

为研究国槐黄酮类物质的生物合成途径,利用高通量测序技术对国槐花蕾进行转录组测序,经Trinity软件组装获得113 907条unigenes,平均长度803 bp,其中72 752条unigenes在数据库获得注释信息,共搜索到38 891个SSR位点。通过代谢通路分析,发现国槐转录组中有135个unigenes参与黄酮类生物合成,有959条unigene参与其他次生代谢途径。进一步分析参与国槐芦丁生物合成相关基因,发现有24个与CHS相关,有52个与FLS相关,有11个与UFGT相关。国槐转录组数据的获得为研究国槐黄酮类物质生物合成途径奠定了基础,也为槐米药材品质的形成提供理论依据。     

基于多花黄精转录组的多糖及薯蓣皂苷生物合成路径研究

多花黄精Polygonatum cyrtonema为百合科黄精属植物,其干燥根茎作为黄精药材来源之一,一直药食兼具,其主要活性成分为多糖和皂苷类。现有研究多集中于药材质量与药理药效学评价,对其药效物质的生物合成研究报道较少。为进一步探索多花黄精中多糖及薯蓣皂苷生物合成途径及其相关的结构基因,该研究对多花黄精叶、茎、根茎、根4个组织部位进行转录组测序分析。采用BGISEQ-500测序平台,共获得42.03 Gb数据;以Trinity软件对去除冗余后的全部读长进行组装,共获得137 233条转录本,其中68.13%的unigene在7个功能数据库(KEGG,GO,NR,NT,SwissProt,Pfam,KOG)中得到注释。通过数据挖掘,对可能参与多糖与薯蓣皂苷生物合成的转录本进行分析,阐释了多花黄精中该2类药效物质生合成的可能途径;应用实时定量PCR,将多花黄精多糖及皂苷合成基因的实际转录水平与其生物信息学数据进行比对,验证其表达情况。该实验为多花黄精次生代谢产物生物合成途径研究及其相关结构基因功能的阐明提供数据资料。     

基于高通量测序的女贞果实转录组研究

目的:利用Illumina/Solexa Hiseq2000测序平台对女贞果实进行转录组测序。方法:将测序得到的大量数据进行拼接与组装,并应用生物信息学方法对所得序列进行功能注释、功能分类、代谢途径分析和简单重复序列位点查找等研究。结果:共获得32 856 614条clean reads,含4.93 Gb的有效数据。对clean reads应用Trinity软件进行组装,共获得163 092条unigene,总长度、平均长度和N50分别为108.57 Mb、665.68 bp和1345 bp。公共数据库(Nr,Nt和Swiss Prot数据库)的BLAST比对分析显示,有83 903条unigene获得基因注释,进一步的功能分类表明,在GO数据库中有16 876条unigene可被分别注释到细胞组分、分子功能和生物学过程三大类别中。将unigene与COG数据库进行比对,可获得25个功能类别,其中较多unigene涉及果实中物质的合成与转运相关的营养功能。KEGG数据库作为搜索对象,可将unigene定位到21类代谢途径中,涉及重要次生代谢产物黄酮类和萜类生成的unigene数目分别为258条和929条。SSR位点查询发现,在14 270条unigene中共可找到15 925个SSR位点。结论:本研究在转录组水平对女贞果实进行了系统研究,这为进一步开展女贞果实的分子标记开发和重要次级代谢产物的生物合成奠定了基础。     

不同年份桔梗转录组学分析及桔梗皂苷生物合成关键基因挖掘

桔梗是食药两用大宗中药材品种之一。为探究不同年份桔梗的基因表达差异和主要活性物质桔梗皂苷生物合成过程中关键基因的表达规律,该研究利用Illumina Hiseq 4000测序平台对同一产地一年生、二年生、三年生桔梗进行转录组测序与生物信息学分析。对测序数据进行过滤、组装和拼接后,共获得59 654条unigene,其中1 671条unigene在至少2个样品间差异表达。对差异基因进行聚类分析,结果显示一年生与二、三年生桔梗的基因表达存在较大差异,其中一年生与三年生桔梗之间有1 128个差异基因,而二年生与三年生桔梗之间仅有57个差异基因。KEGG富集结果显示一年生与二、三年生桔梗的差异基因主要集中在倍半萜和三萜的生物合成、萜类骨架的生物合成等代谢途径中。在三萜类生物合成相关通路中,共鉴定15条unigene,涉及5种酶。ACAT,HMGR,FDFT1,SQLE随桔梗生长年份的增加表达量逐渐降低,HMGS在一年生桔梗中表达量最高,其次是三年生。该研究为桔梗发育研究提供了有用数据,也为桔梗皂苷生物合成途径相关基因研究提供了依据。     

榔梅果实转录组分析及其柠檬酸生物合成途径关键酶基因结构与功能预测

榔梅作为孑遗树种,果实极具药用价值。为研究榔梅柠檬酸的生物合成途径,采用Illumina HiSeq XTen高通量测序技术对榔梅果实进行转录组测序,经过拼接组装后得到38 936条unigene,其中28 311条unigene被公共数据库成功注释,15 193条unigene映射到265条KEGG代谢通路;18 908条unigene可归类到59个GO功能亚类。在柠檬酸合成与代谢途径中,共有103条unigene编码15个关键酶参与柠檬酸循环。对柠檬酸合酶进行序列分析和同源建模,结果显示榔梅的柠檬酸合酶是以α螺旋为主的同源二聚体蛋白,酶的活性中心氨基酸高度保守。该研究为榔梅果实中柠檬酸生物合成途径的解析奠定了基础,促进了榔梅基因资源的保护和开发。     

掌叶大黄转录组测序及蒽醌类合成关键酶基因差异表达分析

目的 研究掌叶大黄Rheum palmatum蒽醌合成关键基因。方法 利用RNA-seq技术对掌叶大黄根、根茎、叶进行转录组测序和生物信息学分析。结果 经Trinity软件组装后获得140224条Unigenes,全部Unigenes能被非冗余蛋白库、核酸序列数据库、京都基因组百科全书数据库、蛋白质序列数据库、蛋白家族数据库、基因本体联合数据库、同源蛋白簇数据库等公共数据库注释。差异基因分析结果显示,掌叶大黄的根与叶相比,差异表达基因总数为4175个,根与根茎相比,差异表达基因总数为992个,叶与根茎相比,差异表达基因总数为4469个。差异表达基因代谢途径分析分析发现,苯丙烷生物合成通路在叶比根中被显著富集。蒽醌类化合物合成相关关键差异表达基因分析发现,关键差异表达基因主要涉及甲羟戊酸（mevalonic acid,MVA）途径、甲基赤藓糖醇（methylerythritol 4-phosphate,MEP）、莽草酸及聚酮途径的13个基因。结论 为进一步挖掘大黄有效成分生物合成过程中的关键基因,为解析调控其有效成分生物合成途径提供研究基础。     

基于RNA-seq的银线草转录组分析

目的获得银线草Chloranthusjaponicus根茎转录组信息特征。方法用高通量测序平台IlluminaHiSeq TM2000150PE进行银线草根茎转录组测序分析。结果转录组测序共获得68458750条高质量序列(cleanreads),Trinitydenovo组装获得56 096个unigenes,平均长度801 nt。BLAST分析显示分别有25 773(45.94%)、17 801(31.73%)、16 082(28.67%)、9649(17.20%)个unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类40分支,涉及131个KEGG标准代谢通路,其中包括16个次生代谢标准通路。进一步分析获得170个基因参与单萜、二萜、倍半萜、三萜等萜类化合物生物合成通路。同时,转录组预测编码蛋白框序列1 887个;高等植物转录因子54个家族。借助MISA软件发现8 987个简单重复序列(SSRs),二碱基重复SSRs数量最丰富,有5 948个,出现频率为66.2%,五碱基重复SSRs相对较少,占1.3%。结论基于RNA-seq分析获得银线草根茎转录组信息特征及萜类合成代谢通路关键基因,为后期银线草活性成分次生代谢途径解析及调控研究奠定基础。     

白鲜根转录组高通量测序与数据分析

目的获得白鲜Dictamnus dasycarpus根转录组信息特征。方法以白鲜根为研究对象,采用Illumina HiSeq TM 2000150PE进行高通量转录组测序并进行数据分析。结果转录组测序共获得69 643 286条高质量序列(clean reads),Trinity denovo组装获得49 050条unigenes,平均长度841 nt。BLAST分析显示分别有31 636(64.49%)、22 367(45.60%)、19 246(39.23%)、12 595(25.68%)条unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类42分支,涉及132个KEGG标准代谢通路,其中包括18个次生代谢标准通路。进一步分析获得90个基因参与多种生物碱生物合成通路。蛋白编码框序列1 908个,高等植物转录因子55个家族;借助MISA软件发现4 579个SSRs,三碱基重复最丰富,有2 021个,出现频率为44.1%;五碱基重复SSRs仅占3.5%。结论利用高通量测序技术获得白鲜根转录组信息特征,为后期白鲜基因功能鉴定、次生代谢途径解析及其调控机制研究奠定基础。     

基于转录组分析华细辛甲基丁香酚生物合成途径的相关基因

目的获得华细辛Asarum sieboldii转录组数据库和差异表达基因,识别华细辛甲基丁香酚生物合成相关基因。方法以华细辛地下部分(根)和地上部分(叶片)2个样本作为供试材料,采用Illumina Hiseq 4000进行转录组测序,并从头拼接,对Unigene进行功能注释和差异性分析。结果共获得12.25 Gb数据,拼接得到129 003个Unigene,可归类于52个GO分类,涉及363条KEGG代谢通路。分析发现,共有439个差异表达基因,其中上调基因占38.3%,下调基因占61.7%,差异较大;136个Unigene与苯丙素类次生代谢途径相关,其中44个Unigene参与甲基丁香酚的生物合成过程。结论本研究得到大量华细辛转录本信息,所发掘的与甲基丁香酚生物合成相关的Unigene为相关基因的分离、功能验证及其表达调控机制的阐明提供了重要依据。     

款冬叶不同发育阶段的转录组学分析

目的比较不同生长时期款冬叶中苯丙素类成分生物合成相关基因的表达,推测苯丙素类成分的最佳合成积累时期,为款冬叶资源的合理利用提供科学依据。方法利用Illumina Hi Seq2500测序技术对不同时期的款冬叶进行转录组测序,获得转录组数据后进行基因功能注释等生物信息学分析,对苯丙素类生物合成相关基因在不同时期的表达进行比较。结果通过转录组测序技术获得46 793个Unigenes,平均长度为952.144 8 bp,其中有4 774个可以被NR、Swiss-Prot、eggNOG、GO、KEGG等公共数据库共同注释。对注释得到的Unigenes进行KEGG代谢通路分析,结果显示款冬叶转录组中有144条Unigenes参与萜类、黄酮类和苯丙素类生物合成,其中萜类65条,苯丙素类64条,黄酮类15条。进一步对参与苯丙素类生物合成相关基因进行动态比较,发现其关键酶PAL、4CL、HCT、CCoAOMT等在9月的表达量最高,即苯丙素类成分在9月的生物合成量可能最高。结论为苯丙素类成分的生物合成途径及调控分析奠定了基础,也为款冬叶资源的开发利用奠定了科学依据。     

利用转录组分析款冬萜类化合物生物合成关键酶基因及表达特征

目的挖掘与款冬萜类化合物生物合成途径相关的关键酶基因。方法利用Illumina HiSeq2500测序平台对野生款冬花蕾和叶进行转录组测序,使用Trinity软件de novo从头组装,并通过基因功能注释、差异表达基因分析等生物信息学方法进行分析,挖掘款冬中萜类化合物生物合成途径相关的酶基因。结果转录组测序获得39 912 371条高质量reads(SRA号:SRR9113366,SRR9113367),组装获得91 118条Unigene,55 830条Unigene在NR、Swiss-Prot、GO、COG、KEGG等数据库得到注释。鉴定出参与款冬萜类化合物生物合成相关酶基因的129个Unigene,包括91个参与三萜骨架生物合成酶基因,32个萜类合成酶基因,6个细胞色素P450基因,其中差异表达基因25个,涉及上游MVA途径的4个差异基因在花蕾中表达量高于叶,MEP途径的5个差异基因在叶中表达高于花蕾,另外还有10个基因在叶中高表达,9个基因在花蕾中高表达。根据差异基因HMGR、TPS、AS、CYP450基因在花蕾中高表达,推测可能与花蕾中萜类物质含量高有关。结论从款冬转录组数据库中初步获得了可能参与萜类化合物生物合成途径的候选关键酶基因,为进一步阐明款冬萜类化合物生物合成的分子机制奠定基础。     

基于高通量测序技术的黄三七根茎转录组数据分析

目的获得黄三七Soulieavaginata根茎转录组信息特征。方法以黄三七根茎为对象,采用二代高通量测序平台IlluminaHi SeqTM2000150PE进行转录组测序并进行系统的生物信息学分析。结果转录组测序分析共获得63 322 086条高质量序列(clean reads),Trinity de novo组装获得52 575个unigenes,平均长度909 nt。BLAST分析显示分别有28 842(54.86%)、10 712(20.37%)、9 245(17.58%)、11 559(21.99%)条unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类45分支,涉及126个KEGG标准代谢通路,其中包括17个次生代谢标准通路。蛋白编码框序列2 215个,包含高等植物转录因子55个家族;借助MISA软件发现4 609个SSRs,三碱基重复SSRs数量最丰富,有2106个,出现频率为45.7%,五碱基重复SSRs相对较少,占2.9%。结论利用高通量测序技术和生物信息分析获得黄三七根茎转录组信息特征,为后期黄三七功能基因鉴定、次生代谢途径解析及其调控机制研究奠定基础。     

珍稀药用植物珠子参的转录组测序及分析

药用植物珠子参的根茎在中国西南区域已有上千年的药用历史,三萜皂苷为珠子参最主要的活性成分。为了探索珠子参根茎中皂苷物质生物合成的分子基础,该文采用Illumina HiSeq 2000高通量测序获得珠子参根茎的转录组数据;使用Trinity和TGICL软件实现Unigene的de novo拼接;基于BLAST完成Unigene的蛋白功能注释、KOG功能注释、GO分类和KEGG代谢通路分析。最终获得了短读序15.6 Gb,通过de novo拼接注释得到Unigene 62 240个。研究发现,珠子参根茎部表达的19个Unigene与三萜碳环骨架合成相关;69个Unigene与介导三萜碳环骨架的氧化和羟基化等修饰的CYP450相关,18个Unigene与负责三萜碳环骨架的糖基化的糖基化转移酶相关。该研究发现的三萜皂苷合成相关候选基因对于阐明珠子参三萜皂苷合成方式研究提供了重要的基础。     

茜草转录组分析及其蒽醌类化合物合成相关基因的挖掘

目的获得茜草Rubia cordifolia转录组学信息及挖掘其蒽醌类化合物生物合成的关键酶基因,为茜草的功能基因克隆与分析提供参考。方法采用Illunima Hiseq TM 2000 150PE高通量测序技术对茜草进行转录组测序,使用Trinity软件完成Unigene的de novo拼接,基于BLAST实现Unigene的分类、功能注释、代谢通路分析和蛋白功能注释等。结果最终获得7.3 Gb数据,通过de novo拼接注释得到Unigene 66 646条,平均长度为1 424 bp,所有Unigene能被NCBI nonredundant protein sequences(NR)、NCBI nucleotide sequences(NT)、kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)、A manually annotated and reviewed protein sequence database(Swissprot)、gene ontology(GO)、eu Karyotic ortholog groups(KOG)和protein family(Pfam)数据库所注释,注释成功率100%,找到与茜草蒽醌类化合物生物合成相关的基因64条。结论首次对茜草转录组进行了分析,并获得了茜草蒽醌类化合物生物合成相关的候选基因,为茜草的分子生物学研究提供了丰富的数据资源,也为后期开展茜草蒽醌类化合物次生代谢途径解析奠定了基础。