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文献解读

生理学和转录组学分析檀香叶冷胁迫后的反应机制

发布日期:2019-03-08 浏览次数:84

  文章标题:Physiological and transcriptomic analyses reveal a response mechanism to cold stress in Santalum album L. leaves.  

  期刊:SCIENTIFIC REPORT.  

  影响因子:IF=5.228.  

  发表时间:2017年2月.  

  作者单位:  

  Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Sustainable Utilization, South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, China.  

  Independent Researcher, P. O. Box 7, Miki cho post ofce, Ikenobe 3011-2, Miki-cho Kagawa-Ken, 761-0799, Japan.  

  Genepioneer Biotechnologies Co. Ltd., Nanjing 210014, China.


  摘要:  

  檀香(印度檀香木)是一种重要的经济植物物种,能够生产高价值的香水油。关于檀香适应低温的机制了解甚少。本研究中通过RNA-seq从檀香叶获得100,445,724个原始reads。记录了檀香幼苗4℃冷胁迫0-48小时的生理和转录组变化。冷胁迫诱导丙二醛、.脯氨酸和可溶性碳水化合物的积累,并增加抗氧化剂的水平。冷胁迫后共有4,424个差异表达的基因,包括3,075个冷胁迫诱导基因和1,349个冷胁迫抑制基因。当冷胁迫时间延长时,编码转运蛋白、对刺激和应激产生反应、调节防御反应以及与所有植物激素的信号转导相关的基因的表达增加。萜类生物合成途径中有8个候选基因参与冷胁迫反应。qRT-PCR分析显示,在冷胁迫的12小时后,SaCBF2峰比对照叶高4倍;冷胁迫24小时后,SaCBF2峰比对照根高50倍。表明,CBF依赖性的通路可能在增加耐寒性中起关键作用。

  

  材料与方法: 

  材料:檀香(Santalum album L.)。  

  取材方法:檀香幼苗在4℃下,持续0、12、24、48h的冷应激处理。每次冷暴露期完成后立即收获第一和第二片完全舒展的叶,液氮速冻。在每个时间点合并五个个体的样品,并设置三个独立的生物学重复。

  

  测序策略和分析流程:  

  测序:Illumina HiSeq2000。共12个文库。原始reads共100M。  

  分析:de novo组装:Trinity; 

  将所有unigenes形成单一的非冗余unigenes集:TGICL; 

  与蛋白数据库比对:BLASTx; 

  基因表达水平量化:RSEM; 

  DEGs鉴定:Noiseq package;

  

  结果:  

  1、4℃处理6个月的檀香幼苗的形态和生理学变化。  

  (a)对照植物。 

  (b-d)冷胁迫12、24、48h的植物。 

  (e,f)冷胁迫24h(e)和48h(f)的幼苗末梢。箭头指示受冷的叶子。  

  (g)冷胁迫后48h内恢复的幼苗。




  (a)响应冷胁迫的丙二醛(MDA)、电解质渗漏、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖含量的变化。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)显示不断增加的趋势,在48小时比对照高约两倍的水平,意味着这些酶参与冷胁迫后脱氧。

  (b)冷胁迫下的光合指数。




  2、所有样品与参考基因组的比对结果统计。



  3、冷胁迫下样品的相关性分析。

(a) 各样本转录本数目(按表达量分)的柱状图。

(b)转录组数据的主成分分析(PCA)。每个时间点的所有生物重复之间的表达水平高度相关。



  4、冷胁迫的差异表达基因(DEGs)的表达谱。

(a)维恩图表示三个比较的上调(左)和下调(右)基因的重叠。

(b)两两比较的上调和下调基因。(0、12、24、48h)

(c)冷应激后4424个DEGs的表达谱热图。

图(c)中8个cluster的DEGs的分层聚类。




  5、冷胁迫下DEGs的GO富集分析

(a)转录激活;(b)转录抑制。



  冷胁迫后显著富集的差异表达基因的基因通路




  6、冷处理下参与萜类化合物生物合成的差异表达基因。

(a)8个基因的转录本丰度变化的热图。

(b)转录物的qRT-PCR验证。



  7、冷胁迫诱导的转录因子的鉴定、分离和表征

冷胁迫诱导的转录因子(TF)基因的分层聚类热图。将不同表达的TFs聚类成四个组(G1,G2,G3和G4)。





  檀香、拟南芥、杨树和葡萄中代表性的C-重复结合因子(CBF)蛋白家族成员的比较。

(a)AP2和CBF因子侧翼区的比对。檀香CBF在氨基酸序列上与其他植物中已知的CBF蛋白具有显着的相似性水平。

(b)檀香、拟南芥、杨树和葡萄的全长蛋白质序列基于最小进化的系统发育分析。



  qRT-PCR验证冷胁迫(4℃)处理后,冷胁迫诱导基因的表达模式。与RNA-seq数据一致。