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牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达

郝力慧 董彬 朱绍华 马进

郝力慧, 董彬, 朱绍华, 马进. 牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
引用本文: 郝力慧, 董彬, 朱绍华, 马进. 牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
HAO Lihui, DONG Bin, ZHU Shaohua, MA Jin. Transcriptome analysis and PsHSP gene expression of Paeonia suffruticosa in response to high temperature stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
Citation: HAO Lihui, DONG Bin, ZHU Shaohua, MA Jin. Transcriptome analysis and PsHSP gene expression of Paeonia suffruticosa in response to high temperature stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529

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牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
基金项目: 浙江农林大学科研发展基金资助项目(2017FR016);元成环境股份企业研发项目(201801)
详细信息
    作者简介: 郝力慧(ORCID: 0000-0002-7687-5933),从事园林植物遗传育种研究。E-mail: 2018105252002@stu.zafu.edu.cn
    通信作者: 马进(ORCID: 0000-0003-0534-5836),副教授,从事园林植物遗传育种及抗性研究。E-mail: majinzjl@163.com
  • 中图分类号: Q943

Transcriptome analysis and PsHSP gene expression of Paeonia suffruticosa in response to high temperature stress

  • 摘要:   目的  夏季高温可导致牡丹Paeonia suffruticosa生长受限,花期缩短,观赏品质降低。研究牡丹耐热基因对牡丹热胁迫的分子机制。  方法  以牡丹品种‘羽红’‘Yuhong’为材料,对高温(40 ℃)和对照(25 ℃)处理后的叶片进行转录组测序,分析响应高温表达的差异基因;同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证差异基因,并对热激蛋白基因HSPs进行时空表达分析。  结果  测序共获得45.97 Gb数据,与对照组(25 ℃)相比,高温处理后4 220个基因上调表达,3 453个基因下调表达。通过基因本体(GO)分析发现,这些差异基因主要富集于代谢等生物学过程、细胞和膜结构等细胞成分以及结合和催化活性等分子功能条目;另外,通过全基因组及代谢途径数据库(KEGG)分析发现,碳代谢途径的差异基因数量最多。对牡丹热激蛋白PsHSP基因定量分析发现,PsHSP基因随着高温处理时间呈上升表达趋势,24 h达到最高,之后便呈现下降趋势。  结论  高温显著影响牡丹的代谢和合成等过程,进而影响牡丹的生长和发育。PsHSP基因可在短期内迅速响应高温胁迫并参与牡丹的耐热调控。图 4表6参34
  • 图  1  单基因长度分布

    Figure  1  Demo unigene length distribution

    图  2  非冗余蛋白质注释分布

    Figure  2  Nr annotation distribution

    图  3  差异基因定量表达及转录组测序比较

    Figure  3  Real-time fluorescence quantitative results for differential genes

    图  4  高温处理后不同时间HSP的qRT-PCR表达变化

    Figure  4  qRT-PCR detection of HSP in different time periods after high temperature treatment

    表  1  实时荧光定量基因引物信息

    Table  1.   Real-time fluorescence quantitative gene primer information

    基因编号基因名称引物序列(5′→3′)退火温度/℃
    C65824.graph_c0PsHSP70GCAGCCGTTCAGGCAGCAA58.3
    ACACCGCCAGCAGTTTCG
    C114411.graph_c0Ps4CL1AGGCTATGCTACTCACGC53.5
    TCATCCTCGGCAATCTG
    C106006.graph_c0PsCAT5GAGTGTTGCGTTAATAGGCG56.5
    GCACTTGGACAGGGAAGGTAT
    C111201.graph_c0PsCHL1GAGTGCTGAGATTTTAAGTGGC56.7
    CAACCCTTTCTACCTGACGA
    C120725.graph_c0PsAMP1ATTGTACGGCAGAACAGGC55.3
    GTGTAGCTCAGAACCCATTAGAC
    C112526.graph_c0PsSAMDCGTCCAGGCGAATGTTCTAATG56.7
    GTCGAAGGTCTTCAATGCTG
    C119988.graph_c0PsRPS4GGCTTTCATCCGATTTGTTG55.4
    ATGCCACCTGTCCTTACCTG
    C97637.graph_c0PsCCD4GTGAGGCATTTGCTTTCCG55.3
    TGCTGGGTTCATTCCTATCTG
    C111758.graph_c0PsPPIL1TCCCCTCCAACTATTCCTCC52.2
    AACTCAACCCCTTCCGATT
    C120729.graph_c1Hypothetical proteinCACATGAAGAGGACGACCAA56.5
    CCACATACATCAACCCAGGAC
    UbiquitinUbiquitinGACCTATACCAAGCCGAAG55.1
    CGTTCCAGCACCACAATC
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    表  2  样品测序数据评估统计表

    Table  2.   Statistical table of sample sequencing data evaluation

    样品名称读取碱基数/个总碱基数/个GC碱基数
    比例/%
    Q30碱基
    百分比/%
    ck1 24 156 058 7 200 895 95844.9696.78
    ck2 24 256 024 7 236 093 26644.7696.89
    ck3 25 256 661 7 530 655 89244.5396.74
    TE1 30 430 627 9 077 213 03243.6896.79
    TE2 22 967 108 6 856 944 37843.9596.73
    TE3 27 110 006 8 071 678 01043.6896.71
    合计154 176 48445 973 480 536
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    表  3  单基因簇的注释统计

    Table  3.   Unigene annotation statistics

    数据库注释300≤长度<
    1 000 nt
    长度≥
    1 000 nt
    数量百分比/%
    COG6 91528.441 6985 217
    GO14 56859.935 0119 557
    KEGG8 41634.622 8135 603
    KOG13 66956.234 7618 908
    Pfam15 10862.154 09611 012
    Swissprot15 42663.464 82510 601
    Eggnog21 79889.677 89113 907
    Nr24 00998.769 50914 500
    总数24 309100.009 73114 578
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    表  4  差异表达基因本体注释

    Table  4.   Difference expression gene GO annotation statistics

    编号注释本体
    类别
    功能类型基因注释数量比例/%编号注释本体
    类别
    功能类型基因注释数量比例/%
    1生物过程代谢过程1 70226.4226细胞组分复杂大分子复合体2423.73
    2细胞进程1 48923.1127细胞外区域630.97
    3单一生物进程1 14817.8228细胞连接540.83
    4生物调节4577.0929共质体530.82
    5定位4366.7730腔上包膜480.74
    6应激反应3665.6831超分子复合物170.26
    7细胞组分及生物合成2133.3132细胞外区域部分80.12
    8信号转导1281.9933病毒体40.06
    9发育过程1231.9134病毒体部分40.06
    10多细胞机体进程1221.8935拟核20.03
    11繁殖741.1536分子功能催化活性1 71939.95
    12繁殖进程741.1537结合1 52335.09
    13有机体进程490.1638转运活性2917.63
    14生化解毒350.5439结构分子活性581.52
    15生长150.2340核酸结合转录因子活性461.21
    16免疫系统进程90.1441分子功能调节器461.21
    17细胞活动20.0342信号传感器活动350.92
    18节律进程10.0243抗氧化活性270.71
    19生物黏附0044分子传感器活性260.68
    20细胞组分细胞1 31620.2745电子载体活动210.55
    21细胞组分1 30220.0646转录因子活性140.37
    22细胞膜1 23218.9847养分储藏活性40.10
    23细胞膜组成93514.4048蛋白质标签10.03
    24细胞器86613.3449翻译调节器活动10.03
    25细胞器成分3455.3250金属伴侣蛋白活性00
      说明:生物过程编号为1~19;细胞组分编号为20~35;分子功能编号为36~50
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    表  5  高温处理下差异表达基因的代谢通路分析

    Table  5.   Analysis of metabolic pathways for gene expression of differences under high temperature treatment

    全基因组及代谢途径通路术语基因数目/个全基因组及代谢途径编号校正后P
    苯丙烷生物合成47ko009401.00E−07
    内质网蛋白质加工59ko041415.50E−02
    脂肪酸延伸率14ko000623.41E−05
    萜类骨架的生物合成26ko009006.79E−05
    光合生物中的碳固定38ko007107.39E−05
    氮代谢15ko009107.84E−05
    碳代谢99ko012001.23E−04
    光合作用25ko001953.69E−04
    类黄酮生物合成12ko009415.23E−04
    脂肪酸降解22ko000719.32E−04
    亚油酸代谢6ko005917.97E−03
    α-亚麻酸代谢18ko005929.71E−03
    鞘脂代谢12ko006009.81E−03
    丙酮酸代谢37ko006201.11E−02
    氰氨基酸代谢17ko004601.12E−02
    缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解19ko002801.30E−02
    类固醇生物合成12ko001001.33E−02
    脂肪酸代谢25ko012121.61E−02
    谷胱甘肽代谢27ko004801.65E−02
    其他聚糖降解10ko005111.70E−02
    光合作用-天线蛋白质8ko001969.17E−03
    糖酵解/糖异生41ko000102.24E−02
    油菜素类固醇生物合成6ko009052.34E−02
    甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢21ko002605.25E−02
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    表  6  牡丹叶片响应高温的差异热激蛋白基因

    Table  6.   Peony leaves respond to high temperature heat shock DEGs

    基因编号基因命名基因表达量log2A亚细胞位置预测
    对照组25 ℃高温组40 ℃
    c112621.graph_c0PsHSP12.61295.986.83内质网
    c107551.graph_c0PsHSP259.462 254.785.24细胞核
    c114303.graph_c1PsHSP3161.17440.531.45线粒体
    c112152.graph_c0PsHSP411.64162.013.80线粒体
    c117526.graph_c2PsHSP57.06172.154.61细胞核
    c103807.graph_c0PsHSP610.7926.41.29线粒体
    c116391.graph_c0PsHSP7150.152 659.724.15叶绿体/细胞质
    c100675.graph_c0PsHSP821.49215.133.32叶绿体/细胞质
    c117374.graph_c1PsHSP9100.54591.552.88叶绿体
    c114184.graph_c0PsHSP1011.60136.373.56叶绿体/细胞质
    c119657.graph_c2PsHSP1163.383 980.175.97细胞质
    c100778.graph_c0PsHSP12102.14614.302.59叶绿体/线粒体
    c120033.graph_c1PsHSP13127.21608.072.26细胞核
    c114516.graph_c1PsHSP145.7928.502.30细胞膜
    c118563.graph_c0PsHSP159.9358.462.56叶绿体
    c111652.graph_c0PsHSP1615.3434.671.18细胞核
    c65824.graph_c0PsHSP1733.61873.894.19线粒体
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-18
  • 修回日期:  2021-03-11

牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
    基金项目:  浙江农林大学科研发展基金资助项目(2017FR016);元成环境股份企业研发项目(201801)
    作者简介:

    郝力慧(ORCID: 0000-0002-7687-5933),从事园林植物遗传育种研究。E-mail: 2018105252002@stu.zafu.edu.cn

    通信作者: 马进(ORCID: 0000-0003-0534-5836),副教授,从事园林植物遗传育种及抗性研究。E-mail: majinzjl@163.com
  • 中图分类号: Q943

摘要:   目的  夏季高温可导致牡丹Paeonia suffruticosa生长受限,花期缩短,观赏品质降低。研究牡丹耐热基因对牡丹热胁迫的分子机制。  方法  以牡丹品种‘羽红’‘Yuhong’为材料,对高温(40 ℃)和对照(25 ℃)处理后的叶片进行转录组测序,分析响应高温表达的差异基因;同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证差异基因,并对热激蛋白基因HSPs进行时空表达分析。  结果  测序共获得45.97 Gb数据,与对照组(25 ℃)相比,高温处理后4 220个基因上调表达,3 453个基因下调表达。通过基因本体(GO)分析发现,这些差异基因主要富集于代谢等生物学过程、细胞和膜结构等细胞成分以及结合和催化活性等分子功能条目;另外,通过全基因组及代谢途径数据库(KEGG)分析发现,碳代谢途径的差异基因数量最多。对牡丹热激蛋白PsHSP基因定量分析发现,PsHSP基因随着高温处理时间呈上升表达趋势,24 h达到最高,之后便呈现下降趋势。  结论  高温显著影响牡丹的代谢和合成等过程,进而影响牡丹的生长和发育。PsHSP基因可在短期内迅速响应高温胁迫并参与牡丹的耐热调控。图 4表6参34

English Abstract

郝力慧, 董彬, 朱绍华, 马进. 牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
引用本文: 郝力慧, 董彬, 朱绍华, 马进. 牡丹响应高温胁迫的转录组分析及PsHSP基因表达[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
HAO Lihui, DONG Bin, ZHU Shaohua, MA Jin. Transcriptome analysis and PsHSP gene expression of Paeonia suffruticosa in response to high temperature stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529
Citation: HAO Lihui, DONG Bin, ZHU Shaohua, MA Jin. Transcriptome analysis and PsHSP gene expression of Paeonia suffruticosa in response to high temperature stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200529

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