大针茅响应羊啃食的转录组学分析

摘要

大针茅（Stipa grandis），属于针茅属光芒组（Sect.Capillatae），是多年生密丛型旱生禾本科牧草，主要分布于我国内蒙古中东部、东北、宁夏、甘肃和青海境内，由于其基生叶丰富且能很好的保存至冬春，因而是牲畜喜好也是非常重要的牧草之一。
　　本研究以大针茅为研究材料，进行羊啃食控制实验。对大针茅受到羊啃食后2小时的DS（实验组）与未啃食处理的大针茅DD（对照组）叶片做的高通量转录组测序（RNA sequences），对得到的转录组数据库随机挑选5个基因，运用实时荧光定量 PCR手段对其表达量变化进行验证。对转录组数据进行数据统计、差异表达基因分析、GO和COG功能分析，以及对转录组中的蔗糖和淀粉代谢通路相关酶基因表达分析。对大针茅受到羊啃食后2h、4h、8h、16h和24h和未啃食处理作为对照，分析类黄酮代谢通路中的5个关键基因C4H、CHI、F3'5'H、4CL和TC4H，利用实时荧光定量PCR对其进行相对表达量的测定。研究得到如下结果：
　　1以羊啃食后的大针茅为材料，提取总RNA进行Illumina平台的转录组测序，共得到147561个reads，组装成64738条Unigenes，Unigenes平均长度为1367.21bp， N50为2017bp，构建转录组数据库。
　　2随机选取转录组数据库中的5个基因，萌发素类蛋白、叶绿素a-b结合蛋白3 c、叶绿素a-b结合蛋白2、酪氨酸激酶和α松油醇合成酶，通过qRT-PCR检测，5个基因上下调趋势与转录组测序结果相符，证明转录组测序结果可靠。
　　3 DS（实验组）与DD（对照组）共有64199个基因表达，其中DS与DD相比，有49844个基因共同表达，占所有基因的77.62％；只在DS（实验组）中的表达基因有3273个，占所有基因的5.1％；只在DD（对照组）中的表达基因有11093个，占所有基因的17.28％。转录组数据库中满足p<=0.01&&(ratio>=2 or ratio<=0.5)的差异表达的基因共有17513个，其中上调的基因有3019个，下调的有14494个。
　　4类黄酮代谢通路中的5个基因C4H、CHI、F3',5'H、C4L和TC4H，在24小时之内均表现为在羊啃食处理的叶片中基因表达量下调；与类黄酮含量相关性分析表明， F3，5，H和4CL为黄酮类化合物代谢通路中的关键调节酶。
　　5羊啃食后大针茅中类黄酮的含量与对照组相比均有所下降，表明大针茅响应羊啃食次生代谢物质含量下降，与昆虫啃食植物后的应激反应不同。

目录

缩 略 词 表

1 引言

1.1 大针茅简介

1.2 放牧对牧草的影响

1.3 转录组学简介

1.4 RNA-seq的研究进展

1.5 黄酮类化合物的生物合成

1.6 实验目的与意义

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 转录组测序

2.3 实验方法

3 结果与分析

3.1 转录组数据库的数据分析

3.2 转录组数据库验证

3.3 淀粉和蔗糖的代谢通路分析

3.4 大针茅响应羊啃食中细胞周期相关基因的变化

3.5 类黄酮代谢通路中基因的qRT-PCR结果分析

3.6 大针茅中类黄酮的含量测定结果

4 讨论

4.1 大针茅羊啃食后的转录组分析

4.2 羊啃食后的淀粉和蔗糖代谢中的调控基因

4.3 大针茅中类黄酮含量变化

5 结论

致谢

参考文献

作 者 简 介

附 图