贵紫麦1号籽粒色素形成相关基因的差异表达

摘要：

[目的]探明贵紫麦1号小麦灌浆期变紫后和变紫前2个时期籽粒的转录组差异,发掘影响贵紫麦1号花青素合成的关键基因和关键酶,丰富小麦籽粒色素转录组数据信息,为转录因子的克隆及表达提供参考.[方法]利用Illumina Hiseq 2000TM高通量测序技术对贵紫麦1号籽粒变紫前和变紫后2个时期进行转录组测序、文库构建及建库质量评估,对测序结果进行信息学分析.采用TTM对read count数据进行标准化处理,随后用DEGseq进行差异分析,设定q-value＜0.005且|log2(fold change)|＞1为阈值.通过筛选分析,获得两者间差异表达基因,按照无参转录组分析方法,对差异表达基因进行BLAST搜索,Nr数据库比对,GO功能富集及KEGG pathway分析,找出与花青素相关的关键基因和关键酶,并结合qRT-PCR验证所找到的关键基因及关键酶在不同时期的表达水平,掌握这些关键基因的信息.[结果]测序结果表明,贵紫麦1号变紫后和变紫前分别获得13.36 G和12.69 G的clean bases,clean reads为106 906 108条和101 547 534条,占原始序列的93.73％和94.90％.通过Trinity 软件对所得clean reads进行拼接,共获得170 396条转录本,长度为119 020 625.拼接clean reads后获得119 572条Unigenes.在BLAST搜索中,119 572个高质量独特序列中有86 004条(71.92％) Unigenes与现有基因模型具有至少1个显著匹配.在Nr数据库比对结果鉴定了至少5种具有与来自节节麦、乌拉尔图小麦、二穗短柄草、大麦、小麦等已知基因同一性且序列相似性高的Unigenes.KOG数据库比对结果显示,注释成功的基因按KOG的26个group进行分类,注释在一般功能基因,蛋白质翻译后修饰与转运、分子伴侣及翻译、核糖体结构与生物合成等类别基因所占比重较大,分别为15.79％、14.51％和10.54％.643个差异基因中,236个呈上调趋势,407个呈下调趋势.GO注释表明,按照基因参与的生物过程、所处的细胞组分、具有的分子功能下一层级分类,共44个分类,差异基因显著富集在碳水化合物代谢过程(G0:0005975,16.03％)、应激反应(G0:0006950,10.83％)和水解酶活性分子功能(GO:0016787,34.84％)等类别中.KEGG pathway富集分析可知,353个差异基因富集到153条相关通路上,其中淀粉与蔗糖代谢、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成等通路富集显著.类黄酮生物合成途径相关基因共66个,2条相关上调表达Unigenes,涉及查尔酮酶、隐色花色素双加氧酶2个关键酶基因,log2(foldchange)分别为3.4164和2.1258.对所得关键基因进行qRT-PCR验证,证实查尔酮酶、隐色花色素双加氧酶在贵紫麦中1号中表达量呈明显上调趋势,与转录组测序分析结果一致,测序结果可靠度高.[结论]比较分析贵紫麦1号籽粒变紫后和变紫前2个时期转录组测序结果,获得大量Unigenes数据及差异表达基因相关信息,明确类黄酮代谢途径中2个关键酶基因(CHS和ANS)在调控贵紫麦1号籽粒花青素合成过程中作用显著.

关键词：贵紫麦1号、籽粒、灌浆期、花青素、转录组、高通量测序

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资助基金：国家自然科学基金31660390;贵州省农业成果转化计划黔科合成果2016 4022号;国家“七大农作物育种”重点专项2017YFD0100900;贵州省作物学省级重点学科建设计划黔学位合字ZDXK[2014]8号;贵州省普通高等学校粮油作物遗传改良与生理生态特色重点实验室项目黔教合KY字[2015]333

在线出版日期：2018-03-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：203-216