铁钉菜(Ishige okamurae)转录组分析

摘要

铁钉菜是铁钉菜属(Ishige)的代表物种。铁钉菜能够适应复杂多变的潮间带生境,能够在极度失水胁迫下保持一定的细胞活性,因此铁钉菜被认为是潮间带褐藻中耐受严酷干燥与日晒的典型物种,表现出较强的环境适应性。其抗干露、渗透压变化等众多环境胁迫的机制机理,已引发科研人员的广泛关注与探索。但是,与抗逆相关的众多基因、通路尚处于未知状态。
　　本论文通过Illumina HiSeq2000平台对铁钉菜进行高通量转录组测序,共获得12,548,489条原始序列,总长达2,258,728,020 bp,平均读长为180 bp,GC含量为52.19％。拼接之后,共获得78,583条 scaffolds,平均读长为613 bp,N50值为1709。通过nr注释,设定阈值为10-5,共得到25,357个unigenes。通过COG注释,共得到14,623个有功能匹配的unigenes,分布于25个COG的条目中。通过KEGG通路分析,共有4,184个unigenes注释到294条通路上。其中,有1,562个unigenes注释到“代谢(Metabolism)”相关的通路中;849个unigenes注释到“遗传信息处理(Genetic Information Processing)”相关的通路中。对铁钉菜转录组的基础分析,揭示了其丰富的基因含量,明确了其基因的分布概况,确定了其基因的代谢通路分布;为后续铁钉菜功能基因分析和注释奠定了基础。
　　本论文从结构学和功能学两个角度对铁钉菜转录组的比较基因组学展开研究。结构学的研究集中于SSR标记的in silico分析,及在纲、门分类层面的特征比较。我们发现铁钉菜的 EST-SSR以三碱基重复为主要类型,符合褐藻门物种的普遍特点;另外,三碱基重复EST-SSR的motif类型分布在一定程度上反映出“科”层面的特异性,由此推断,藻类中 EST-SSR的起源并不属于早期进化学事件,而是伴随后期类群衍化并与功能基因进化紧密联系的同步过程。藻类中三碱基重复类型的 EST-SSR可能是含有重复序列的非编码区在产生新基因过程中保留下来的。
　　在对铁钉菜转录组进行功能基因组学研究的过程中,通过共有基因的分析,发现了8,205个铁钉菜特有基因,明显高于其他三种褐藻独有的基因数目,反映出铁钉菜丰富的基因含量。另外,这8,205个基因主要分布于转录翻译体系,能量代谢体系、囊泡运输等,这些基因的存在保证了铁钉菜基因的高效表达、蛋白的准确定位、代谢的动态平衡和优越的抗逆特性。
　　在此基础上,本论文研究了铁钉菜抗逆相关通路及基因家族,发现铁钉菜具有较为完整的 MAPK信号通路、囊泡运输体系、基础转录因子、Rab蛋白家族等。这些通路和基因相互协作,为铁钉菜抵御生物胁迫和非生物胁迫,适应复杂多变的潮间带环境奠定了基础。
　　本论文是对铁钉菜组学研究的首次尝试,证实铁钉菜蕴含丰富的基因资源,在其功能基因与抗逆性状之间建立了初步的联系。在今后的工作中,我们将基于本论文发现的铁钉菜功能基因与通路,通过表达谱和代谢组等手段,进一步阐释铁钉菜抗逆特性与环境适应能力的分子机理。

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第一章 文献综述

1 铁钉菜概述

1.1铁钉菜的生物学特性

1.2铁钉菜的研究现状

2 转录组学研究概述

2.1转录组学研究的基本方法及分析流程

2.2褐藻转录组研究现状

3 比较基因组学研究概述

4 本研究的目的和意义

第二章 铁钉菜转录组测序及分析

1 实验材料与主要试剂

1.1实验材料

1.2主要试剂及配制方法

1.3主要软件

2 实验方法

2.1RNA提取及质量检测

2.2文库的构建及测序

2.3测序数据的处理

2.4测序数据的分析

3 结果与讨论

3.1RNA提取结果分析

3.2测序原始数据的基本分析

3.3铁钉菜转录组基因注释分析

4本章小结

第三章 铁钉菜转录组的比较基因组学研究

1 研究方法

2 结果与讨论

2.1基于比较基因组学的铁钉菜转录组结构学分析

2.2基于比较基因组学的铁钉菜转录组功能学分析

3本章小结

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

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