利用WGCNA鉴定甘薯耐盐相关共表达网络及核心基因

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2021.06.003

河南农业科学 ›› 2021, Vol. 50 ›› Issue (6): 16-27.DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2021.06.003

利用WGCNA鉴定甘薯耐盐相关共表达网络及核心基因

张毅¹，吴万亿¹，刘霞宇²，张洁²，唐锐敏¹，贾小云¹

1.山西农业大学生命科学学院，山西太谷 030801； 2.山西农业大学农学院，山西太谷 030801

收稿日期:2021-03-08 出版日期:2021-06-15 发布日期:2021-06-15
通讯作者: 贾小云（1976-)，女，山西吕梁人，教授，主要从事植物花青素代谢及逆境胁迫响应调控机制研究。E-mail:sxndjxy@126.com
作者简介:张毅（1994-)，男，山西太原人，在读硕士研究生，研究方向:甘薯遗传育种和生物信息学。E-mail:854069454@qq.com
基金资助:
国家重点研发专项（2018YFD1000705，2018YFD1000700）；山西省农业科学院应用基础研究计划项目（YGC2019FZ4）；中央引导地方科技发展资金项目；山西省自然科学基金项目（201801D121238）；山西省重点研发项目（201803D221008-6）；山西省新兴产业领军人才项目；山西省高等学校科技创新项目（2019L0388）

Identification of Salt Tolerance Co-expression Modules and Hub Genes in Ipomoea batatas by WGCNA

ZHANG Yi¹,WU Wanyi¹,LIU Xiayu²,ZHANG Jie²,TANG Ruimin¹,JIA Xiaoyun¹

(1.College of Life Science,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China;2.College of Agriculture,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)

Received:2021-03-08 Published:2021-06-15 Online:2021-06-15

摘要/Abstract

摘要： 为了挖掘甘薯耐盐基因，利用不同盐胁迫时间甘薯根系的转录组数据，选取在样本间表达量变异最大的前50%基因(共32 147个)，进行加权基因共表达网络分析（Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）。结果表明，共构建了20个基因共表达模块，从中筛选出6个与甘薯盐胁迫相关的特异性基因共表达模块。其中，Green模块和Red模块与盐胁迫48 h正相关，Black模块和Yellow模块与盐胁迫12 h正相关；Midnightblue模块和Magenta模块与盐胁迫 48 h负相关。选取4个与盐胁迫正相关的特异性模块进行深入分析，GO功能富集分析结果表明，4个与盐胁迫正相关的特异性模块主要显著富集到跨膜运输、水杨酸刺激的细胞反应、非生物刺激的反应及高渗响应等多个耐盐相关条目。分别计算模块内基因的模块关系值，发现bHLH115（Basic helix-loop-helix 115）、HAK5（High affinity K⁺transporter 5）、NAGS2（N-acetyl-L-glutamate synthase 2）、DUF699（GNAT acetyltransferase）、TLP5（Tubby like protein 5）等是模块的核心基因，功能预测发现这些基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。通过构建核心基因的互作网络，发现FAR1(Far-red-impaired response 1)、NAC［NAM（no apical meristem），ATAF1（Arabidopsis transcription activation factor 1），ATAF2，CUC2（cupshaped cotyledon 2）］基因家族NAC2、HsfB2a（Heat shock transcription factor B2a）等基因与核心基因互作关系较强，为进一步研究甘薯耐盐的分子机制提供了新思路。

关键词: 甘薯, 加权基因共表达网络分析(WGCNA), 盐胁迫, 转录组, 核心基因

Abstract: To explore the salt tolerance genes in Ipomoea batatas,we selected the top 50%(32 147)genes with large expression variation among different samples using transcriptome data of sweet potato roots at different time under salt stress,and conducted weighted gene co-expression network analysis(WGCNA).The results showed that 20 co-expressed modules were constructed,among which six gene modules were significantly associated with salt stress in sweet potato.Among the six gene modules related to salt stress,Green module and Red module were positively correlated with the salt stress at 48 h,Black and Yellow modules were positively correlated with the salt stress at 12 h,and Midnightblue and Magenta modules were negatively correlated with the salt stress at 48 h.Four specific modules which were positively correlated with salt stress were further analyzed.GO enrichment analysis showed that the four modules were significantly enriched in many items related to salt tolerance,such as transmembrane transport,cell response stimulated by salicylic acid,response to abiotic stimuli and response to hypertonic stress.By calculating the module relationships of genes within the module,bHLH115(basic helix-loop-helix 115), HAK5(high affinity K⁺transporter 5), NAGS2 (N-acetyl-L-glutamate synthase 2), DUF699 (GNAT acetyltransferase),TLP5(tubby like protein 5)and other genes were found to be the hub genes of these four modules,and the functional prediction suggested that these genes might play important roles in the resistance against stress.Through constructing interaction networks of hub genes,we found that FAR1(farred-impaired response 1),NAC[NAM(no apical meristem),ATAF1(Arabidopsis transcription activation factor 1),ATAF2,CUC2(cup-shaped cotyledon 2)] family gene NAC2,HsfB2a(heat shock transcription factor B2a) and other genes had high interaction with hub genes. This study provides a new idea for further study on the molecular mechanism of salt tolerance in sweet potato.

Key words: Ipomoea batatas, WGCNA, Salt stress, Transcriptome, Hub gene

张毅, 吴万亿, 刘霞宇, 张洁, 唐锐敏, 贾小云. 利用WGCNA鉴定甘薯耐盐相关共表达网络及核心基因[J]. 河南农业科学, 2021, 50(6): 16-27.

ZHANG Yi, WU Wanyi, LIU Xiayu, ZHANG Jie, TANG Ruimin, JIA Xiaoyun. Identification of Salt Tolerance Co-expression Modules and Hub Genes in Ipomoea batatas by WGCNA[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2021, 50(6): 16-27.

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