基于高通量测序的木麻黄转录组分析

摘要

木麻黄人工林作为我国东南沿海防护林的重要组成部分，在抵御自然灾害、防风固沙、保持水土、美化环境等方面做出了巨大贡献，为沿海地区筑起了一道绿色生态屏障，产生了巨大的生态和社会效益，保障了区域社会经济的可持续发展。由于具有抗干旱、耐盐碱、耐贫瘠等优良的生物学特性，使之成为海岸带困难立地条件的先锋树种，尤其是在前沿风口地带尚无其它树种可以替代。
　　木麻黄生态学、遗传育种学和育林学诸方面的研究进展较快。然而，与木麻黄重要的经济价值、社会价值和科学研究价值相比，木麻黄的生物学基础研究相对滞后，制约着木麻黄新品种的培育、关键基因资源的挖掘和次生代谢机理等研究，所以迅速提升木麻黄的研究水平显得迫在眉睫。随着新一代高通量测序技术的日臻完善和成熟，以及分子生物学和生物信息学的不断交叉和深入发展，RNA测序(RNA-seq)已逐渐取代了传统的测序方法，成为当今基因表达和转录组分析的主流测序手段，极大地加快了转录组研究进程。
　　本研究以野外采集的短枝木麻黄变种 incana(Casuarina equisetifolia ssp. incana)和细枝木麻黄（Casuarina cunninghamiana）根、枝、叶三部分组织器官为实验材料，采用第二代测序方法中的Solexa测序技术对木麻黄的转录组进行测序，对测序结果进行了系统的生物信息学分析，为今后木麻黄在基因组学和分子生物学研究领域的发展打下了坚实的基础。通过研究得到以下主要结论：
　　（1）样品经过提取RNA、制备cDNA文库、Solexa测序、过滤不合格序列和组装等步骤后，最终获得50,315条木麻黄ALL-Unigene，总长度34,338,217 nt，平均长度为682 nt，N50长度1,011 nt。
　　（2）获得的ALL-Unigene与NR、 NT、Swiss-Prot、KEGG、COG、GO六个库进行比对后，分别有36,118、30,742、22,870、19,896、12,302、28,024条比对到以上数据库。通过与COG数据库的比对，将其分为25个不同功能注释，其中涉及一般功能预测，转录，碳水化合物转运和代谢，翻译、核糖体结构和生物合成，复制、重组和修复等功能基因分布较多。
　　（3）对ALL-Unigene进行GO和Pathway富集分析，得到55个不同功能分类和128个代谢通路。并进一步进行 CDS预测，共获得38,039个 CDS，通过Blastx比对到公共数据库获得了35,791个CDS，用ESTScan软件预测获得2,248个CDS。
　　（4）通过对短枝木麻黄和细枝木麻黄进行差异表达分析，得到差异表达基因25,397条，其中上调基因11,867条，占差异表达基因的46.7％；下调基因13,530条，占53.3%。对差异表达基因进行GO和Pathway富集分析，得到52个GO功能分类，127个代谢通路。
　　（5）通过SSR分析，共获得5,771个SSR标记，分布SSR类型较多的是单碱基型、双碱基型和三碱基型共占总标记的92.2%，剩余四碱基型、五碱基型和六碱基型只占7.8%。
　　（6）通过SNP分析，在短枝木麻黄中检测出58,660个SNP多态位点，转换类型占总变异数的61.8%，颠换类型占38.2%；在细枝木麻黄共检测出115,726个SNP多态位点，转换类型占61.8%，颠换类型占38.2%。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 转录组的研究进展

1.2 木麻黄的研究现状

1.3 研究背景、目的及意义

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 研究方法

3 结果与分析

3.1 RNA提取及质量检测

3.2 转录组测序产量统计

3.3 数据组装

3.4 ALL-Unigene的功能注释及COG分类

3.5 ALL-Unigene的GO分类

3.6 ALL-Unigene代谢通路分析

3.7 编码蛋白框（CDS）预测

3.8 差异表达基因分析及GO分析

3.9 SSR分析

3.10 SNP分析

4 结论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

4.3 创新性

4.4 不足与展望

参考文献

致谢