油葵种子3个不同发育时期的转录组分析与脂肪酸合成相关基因的筛选

摘要

【研究背景】植物油是由脂肪酸和甘油化合而成的化合物,广泛分布于自然界中,是从植物的果实、种子、胚芽中得到的油脂。在世界主要产油作物中,油葵（Helianthus annuus L.）,即"油用向日葵",是中国四大油料作物之一,也是世界第二大油料作物。种子中富含不饱和脂肪酸,主要是油酸和亚油酸（含量高达69%）。亚油酸是人体必需的脂肪酸,能降低血液胆固醇,降低心血管病发病率,以及预防动脉粥样硬化。但是,目前我们对油葵脂肪酸合成和调控的机制却知之甚少。【材料与方法】从开花的第1天开始计时,分别在第10天、第24天和第38天收集种子,液氮速冻,保存备用。分别提取这3个不同发育时期的种子总RNA,将样品送至广州基迪奥生物科技有限公司进行转录组测序。然后对测序结果进行系统分析和qRT-PCR检测,从中挑选参与脂肪酸合成代谢通路的关键基因进行功能研究。【结果与分析】本研究采用RNA-Seq技术对油葵三个不同时期的种子（早,中,晚）进行了转录组测序分析（开花后第10天,第24天和第38天的种子）。从转录组中,获得了74010个Unigene,GC含量为40.72%,N50为1436,这个数值所占比很小,说明组装质量符合标准要求,最大Unigene的长度为16491bp,最短为300 bp,其平均长度为1007 bp,并且获得了大量的差异表达基因序列。在此基础上,通过KOG,GO,KEGG,Nr,Swissprot分析来探索这些基因的功能,根据Nr,Swissprot,KOG,KEGG四大数据库注释统计表,可知可注释基因数为41834,不可注释基因数为32176。使用GO功能注释,可将这些Unigene分为三个主要的组群,即生物过程、分子功能和细胞成分。共有26522个Uningene序列相匹配,并被分到25个KOG类别。而且,在KEGG分类中了解脂肪酸代谢通路和具有显著性的差异表达基因。利用BlastX将组装出来的Unigene序列与Nr数据库进行比对后,取每个Unigene在Nr数据库中比对结果最好（E值最低）的那一条序列为对应同源序列,确定同源序列所属物种,统计比对到各个物种的同源序列数量。发现与葡萄中的同源序列是3742,与芝麻中的同源序列是3218,与可可中的同源序列是2578。根据RPKM值筛选得到21个具有特色的差异表达基因。qRT-PCR结果表明Uni40725,Uni14347,Uni60446等总共7个基因在开花后的第24天表达量达到最高值,这表明了这些基因可能在脂肪酸合成及积累过程中起关键作用。【结论】研究结果为研究油葵脂肪酸合成代谢提供理论参考,对新型基因进行功能鉴定,并为油葵遗传改良提供潜在的基因资源。