沙冬青转录组、小RNA组及低温应答基因表达谱研究

摘要

沙冬青是我国荒漠地区最主要的超旱生常绿阔叶灌木树种，集抗干旱、抗高温、抗冻、耐腐蚀盐胁等多种抗逆性于一身，有多种抗逆性基因可待发掘与利用。本文采用Illumina高通量测序技术，对沙冬青低温诱导蛋白调控过程的转录组和小RNA组进行了研究，获得了大量mRNA和小RNA的序列数据，首次建立了第一个沙冬青叶片常温转录组数据库、首个沙冬青叶片低温胁迫应答基因的数字化差异表达谱、以及沙冬青叶片低温胁迫与常温对照的小RNA组及数字化表达谱。获得以下主要结论：
　　 (1)沙冬青叶片常温下数字化转录组数据库获得了27，480，454条reads数据，共包含了2，325，124，260个核苷酸序列信息，获得了103，838个Contigs片段，最终拼接获得了59，141条Unigenes；其中25，551条Unigenes与COG数据库中的基因具有相似性。对转录组中的Unigenes进行KEGG注释，分析结果表明，与生化代谢通路相关的基因数量有4，650条，占比21.26％；与次生代谢物生物合成途径相关的基因有2.138条，占比9.77％；与植物激素信号转导相关的基因有1，300条，占比5.94％；最少的是与糖脂合成系列相关的基因，只有1条。
　　 (2)对沙冬青叶片低温胁迫与常温对照两个表达谱数据库进行统计分析，发现出现表达差异的gene共有56，144条。其中能被GO注释的Unigenes共有36，775条；而能被KEGG pathway所注释的Unigenes数目共有21，875，其中种类相同、且表达上存在差异的基因共有8，436条。这一结果表明，在低温胁迫下，沙冬青叶片中多个代谢通路的性状调控基因的表达水平发生了明显改变。
　　 (3)沙冬青叶片低温胁迫与常温对照的小RNA数字化表达谱共有3，123，135种、总计为13，204，830条小RNA序列信息，低温胁迫样品中的独特序列有1，387，310种、1，683，273条小RNA，常温样品中的独特序列有1，318，600种、1，611，753条小RNA；低温小RNA组中，得到注释(Genbank和Rfam)的小RNA有83，199种、3，201，179条；常温小RNA组中，得到注释的小RNA有94，474种、3，326，928条，而没有比上任何注释信息的小RNA分别占到了两组小RNA总量的51.74％和49.38％，表明沙冬青低温胁迫存在着复杂的小RNA组及低温应答机制。
　　 (4)采用miRNA预测软件Mireap(华大基因)对沙冬青两组小RNA(低温胁迫与常温对照)中未得到任何注释的候选miRNA前体进行分析，低温胁迫样品和常温样品分别得到25个和18个新miRNA的茎环结构图、各位点碱基偏向性及靶基因位点，为进一步解析沙冬青小RNA低温胁迫调控奠定基础。