逆境差异表达基因专题

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    1. 干旱-复水处理下玉米差异表达bHLH基因的鉴定与分析
    谢小文, 张心悦, 付家旭, 邵京, 温鹏飞, 王同朝, 卫丽
    河南农业科学    2023, 52 (9): 33-44.   DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.09.004
    摘要1246)      PDF (5798KB)(87)    收藏
    为了挖掘玉米( Zea mays)抗旱相关bHLH(Basic helix‑loop‑helix)转录因子,对干旱-复水处理下玉米中差异表达的bHLH基因进行鉴定,并对其蛋白质理化性质、系统进化、染色体分布和复制关系、基因结构和蛋白质保守基序、启动子区顺式作用元件及干旱-复水处理下的表达量等进行分析。结果表明,在干旱-复水处理下玉米中共鉴定筛选出51个差异表达bHLH基因,编码氨基酸数目介于80~705个,分子质量介于21.26~92.17 ku,等电点介于4.54~12.41;bHLH基因分为16个亚族,其中,最大的亚族为Ⅺ(含有9个bHLH蛋白),最小的亚族为Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ和ⅩⅢ(均只有1个bHLH蛋白);bHLH基因不均匀地分布在玉米10条染色体上,其中有7对基因之间存在复制关系;外显子数目差别很大,有9个bHLH基因含有1 个外显子,27 个bHLH 基因含有2~5 个外显子,15 个bHLH 基因含有6 个及以上外显子;Motif 1和Motif 2在bHLH蛋白的保守基序中出现的频率较高,其次是Motif 3和Motif 5,出现频率最少的是Motif 6 和Motif 9;启动子区域含有ABRE、GARE-motif、P-box、AuxRR-core、MBS,TGACG-motif、CGTCA-motif、TCA-rich、TGA-element和TCA-element等植物激素和非生物胁迫响应元件。干旱-复水处理下,51 个玉米bHLH 基因呈现不同的表达模式,其中, ZmbHLH20ZmbHLH25ZmbHLH9ZmbHLH137ZmbHLH178等14 个基因正向响应干旱胁迫, ZmbHLH58ZmbHLH87ZmbHLH36ZmbHLH106等14 个基因负向响应干旱胁迫,它们是今后深入研究玉米bHLH 家族响应干旱的候选基因。
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    2. 不同氮效率玉米品种响应氮肥减施的差异表达基因分析
    李川, 张盼盼, 张美微, 牛军, 赵霞, 何冠华, 乔江方
    河南农业科学    2022, 51 (9): 10-24.   DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.09.002
    摘要2013)      PDF (7133KB)(101)    收藏
    为了研究不同氮效率玉米品种伟科518(氮高效品种,WK518)、农大108(氮低效品种,ND108)在氮减施条件下的差异表达基因(Differently expressed genes,DEG)及其功能,在不同氮条件下[正常氮(225 kg/hm 2,HN)、低氮(0 kg/hm 2,LN)],对灌浆中期WK518和ND108穗位叶进行高通量转录组测序,筛选DEG,进行GO和KEGG富集分析,并对差异表达的转录因子进行分析。结果表明,低氮条件下,在WK518与ND108对比组中共检测到2 065个上调表达基因、2 319个下调表达基因。正常氮条件下,在WK518与ND108对比组中共检测到2 368个上调表达基因、3 780个下调表达基因。WK518在不同氮条件下共检测到1 009个上调表达基因、2 268个下调表达基因。ND108在不同氮条件下共检测到364个上调表达基因、510个下调表达基因。低氮条件下,WK518与ND108中的DEG主要富集于尿卟啉−Ⅲ C−甲基转移酶活性、甘露糖−6−磷酸异构酶活性、氧化−还原过程、线粒体组织、核染色质等GO条目,氨基糖及核苷酸糖新陈代谢,苯丙氨酸新陈代谢,类单萜生物合成,甘氨酸、丝氨酸及苏氨酸新陈代谢、碱基剪切修复等KEGG代谢通路。正常氮条件下,WK518与ND108中的DEG主要富集于气孔关闭、跨膜受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、叶绿体基质、类囊体、叶绿体被膜等GO条目,光合作用生物体中碳固定、氨基糖及核苷酸糖新陈代谢、糖酵解/糖异生、丙氨酸新陈代谢、光合作用-天线蛋白等KEGG代谢通路。WK518在不同氮条件下的DEG主要富集于几丁质反应、蛋白质磷酸化、生物膜、吲哚硫代葡萄糖苷代谢过程、肌醇半乳糖苷-蔗糖半乳糖基转移酶等GO条目,光合作用生物体中碳固定、植物激素信号传导、内质网内蛋白质加工过程、植物-病原体相互作用、植物MAPK信号通路等KEGG代谢通路。ND108在不同氮条件下的DEG主要富集于干旱胁迫响应、毒素分解代谢过程、几丁质酶活性、海藻糖生物合成过程、海藻糖-磷酸酶活性等GO条目,乙醛酸及二羧酸盐新陈代谢、植物MAPK信号通路、灵菌素生物合成、玉米素生物合成、生物素新陈代谢等KEGG代谢通路。不同氮条件下,在WK518和ND108中共检测出58个差异表达转录因子家族,包括GRAS、bHLH、MYB相关、NAC、C3H、ERF、C2H2、WRKY、FAR1等植物中重要的调控生长发育、生物及非生物胁迫响应的转录因子家族。
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    3. 干旱-复水处理下差异表达玉米WRKY 基因的鉴定与分析
    付家旭, 闫亚丽, 谢小文, 张心悦, 温鹏飞, 关小康, 王同朝, 卫丽
    河南农业科学    2022, 51 (8): 9-19.   DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.08.002
    摘要1395)      PDF (4139KB)(183)    收藏
    为了挖掘玉米抗旱相关WRKY转录因子,对干旱-复水处理下差异表达的玉米WRKY基因进行鉴定,并对其蛋白质理化性质、系统进化、染色体分布和复制关系、基因结构和蛋白质保守基序、启动子区顺式作用元件及干旱-复水条件下的表达量等进行分析。结果表明,共鉴定筛选出51个差异表达的玉米WRKY 基因,编码氨基酸数目介于99~729 个,分子质量介于11.22~78.73 ku,等电点介于4.58~12.26;WRKY基因分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组,其中Ⅱ又分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe 5个亚组;WRKY基因不均等分布在10条染色体上,存在2对串联复制和16对片段复制;外显子数目为1~12个,大部分WRKY基因(41个)含有2~4 个保守基序,且同一组中的WRKY 成员具有相似的基序组成;启动子区含有ABRE、AuxRR-core、TCA-element、TC-rich repeats、TGACG-motif、LTR、MBS、TATC-box、P-box、CGTCA-motif、GC-motif、TGA-element、GARE-motif等植物激素及非生物胁迫相关的顺式作用元件。干旱-复水处理下,51个玉米WRKY基因呈现出不同表达模式,其中 ZmWRKY1、ZmWRKY10、ZmWRKY16、ZmWRKY28、 ZmWRKY30、ZmWRKY33、ZmWRKY42、ZmWRKY65、ZmWRKY68、ZmWRKY78、ZmWRKY96、ZmWRKY99、 ZmWRKY100、ZmWRKY102 ZmWRKY111 等15个基因正向响应干旱胁迫, ZmWRKY87 负向响应干旱胁迫,它们是今后深入研究玉米WRKY家族响应干旱的候选基因。
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    4. 转录组及代谢组联合解析郑单 309响应花粒期高温胁迫的机制
    李川, 黄璐, 乔江方, 张美微, 张盼盼, 牛军, 刘京宝, 王淑凤
    河南农业科学    2021, 50 (2): 19-31.   DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2021.02.003
    摘要1193)      PDF (2063KB)(244)    收藏
    利用Illumina HiSeqTM2500高通量转录组测序技术及广泛靶向代谢组测序技术对玉米新品种郑单309高温胁迫7、14 d及正常生长条件下材料的穗位叶进行高通量测序,从而分析高温胁迫相关差异表达基因、差异表达代谢物,以期发掘玉米响应高温胁迫的关键基因及代谢物。转录组测序结果显示,郑单309高温胁迫7 d与正常生长条件材料对比组中共检测到515个差异表达基因,其中75个为上调表达基因,440个为下调表达基因;高温胁迫14 d与正常生长条件材料对比组中共检测到506个差异表达基因,其中114个为上调表达基因,392个为下调表达基因;高温胁迫7 d与14 d对比组中检测到2 050个差异表达基因,其中790个为上调表达基因,1 260个为下调表达基因。郑单309高温胁迫7 d 与正常生长条件材料对比组中差异表达基因主要富集于细胞外区、分子功能调控等GO分类。郑单309高温胁迫14 d 与正常生长条件材料对比组中差异表达基因主要富集于节奏过程、细胞外区等GO分类。郑单309高温胁迫7 d 与14 d对比组中差异表达基因主要富集于单个有机体进程、细胞成分等GO分类。郑单309高温胁迫7 d 与正常生长条件材料对比组、高温胁迫14 d 与正常生长条件材料对比组、高温胁迫7 d 与14 d对比组中差异表达基因分别主要分布于5、7、15个KOG/COG分类,主要注释到6、7、20个KEGG代谢途经。代谢组学分析共检测到654个代谢物,郑单309高温胁迫7 d与正常生长条件材料对比组中检测到40个差异表达代谢物,其中8个上调表达,32个下调表达;郑单309高温胁迫14 d与正常生长条件材料对比组中检测到40个差异表达代谢物,其中4个上调表达,36个下调表达;郑单309高温胁迫7 d与14 d对比组中检测到46个差异表达代谢物,其中17个上调表达,29个下调表达。郑单309高温胁迫7 d与正常生长条件材料对比组中的40个差异表达代谢物主要富集于次生代谢产物生物合成、精氨酸及脯氨酸代谢等KEGG通路。郑单309高温胁迫14 d 与正常生长条件材料对比组中的40个差异表达代谢物主要富集于次生代谢产物生物合成、类黄酮生物合成等KEGG通路。郑单309高温胁迫7 d 与14 d对比组中的46个差异表达代谢物主要富集于氨酰tRNA生物合成,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等KEGG通路。
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    5. 小麦幼苗根系应答重金属Pb胁迫的转录组分析
    王怡仁, 聂梦杰, 王玉泉, 胡喜贵, 丁位华, 胡铁柱
    河南农业科学    2020, 49 (6): 8-15.   DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2020.06.002
    摘要1230)      PDF (1836KB)(298)    收藏
    为了探究小麦对重金属铅(Pb)胁迫应答的分子机制,采用水培法对小麦品种矮抗58进行不同质量浓度[0(对照)、40、80、160 mg/L]Pb胁迫处理,并对幼苗根系进行转录组测序,筛选分析差异表达基因,进行GO分类及KEGG富集分析。结果表明,不同质量浓度Pb处理下,小麦幼苗的根长和根数均受到抑制,且随着Pb质量浓度升高抑制作用增强。在Pb胁迫处理与CK间共获得了38 904个差异表达基因。其中,40、80、160 mg/L Pb条件下分别有6 072、16 581、16 251个差异表达基因。选取80 mg/L Pb处理的差异表达基因作为研究重点分别进行GO分类和KEGG通路富集分析。GO分类发现,上调差异表达基因主要富集在免疫系统过程、运动过程、代谢过程、节律性过程及催化活性和电子载体活性等方面,下调差异表达基因主要富集在发育过程、生长过程、定位过程、复制过程、生殖过程及转运活性和抗氧化活性等方面;KEGG富集分析发现,上调差异表达基因主要涉及植物激素信号转导途径、植物-病原互作途径、药物代谢途径、MAPK信号通路等方面,下调差异表达基因主要涉及次生代谢物的生物合成途径、苯丙烷类生物合成途径、抗生素生物合成途径、碳代谢和蔗糖代谢等方面。选取6个响应Pb胁迫的差异表达基因进行RT-PCR验证,结果表明6个差异表达基因的表达模式与RNA-Seq分析结果一致,进一步验证了RNA-Seq结果的准确性。
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