2024年4月15日发(作者:和飞瑶)
河南农业科学ꎬ2019ꎬ48(7):24 ̄37
JournalofHenanAgriculturalSciences
doi:10.15933/j.cnki.1004 ̄3268.2019.07.005
基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期
油脂合成相关基因差异表达分析
陈玉梅ꎬ李璐璐ꎬ陈锦玲ꎬ徐 媛ꎬ李惠敏ꎬ秦新民
(广西师范大学生命科学学院ꎬ广西桂林541004)
摘要:为研究花生籽粒不同发育时期油脂合成过程中基因的表达调控模式ꎬ对花后20、35、50、60d
的花生籽粒(分别表示为HS20、HS35、HS50、HS60)进行转录组测序ꎮ通过对转录组测序数据进行
107123540条Cleanreadsꎮ将得到的花生籽粒转录组数据按发育时期的先后顺序进行两两比对ꎬ
18403、12308个ꎬ其中上调表达基因分别占12.55%、62.92%、26.28%ꎮ对差异表达基因进行
KEGGPathway分析ꎬ得到135条代谢通路ꎬ其中与油脂合成相关的有脂肪酸生物合成、不饱和脂肪
酸生物合成、脂肪酸延长、脂肪酸代谢、花生四烯酸代谢等代谢通路ꎮ
关键词:花生ꎻ转录组ꎻ差异表达分析ꎻ油脂合成相关基因
中图分类号:S565.2ꎻS330.2 文献标志码:A 文章编号:1004-3268(2019)07-0024-14
HS20-vs-HS35、HS35-vs-HS50和HS50-vs-HS60的差异表达基因总数分别是25769、
分析ꎬHS20、HS35、HS50、HS60样品的文库分别获得了109321068、106867224、109313082、
DifferentialExpressionAnalysisofGenesRelatedtoLipidSynthesis
throughTranscriptomeSequencingduringDifferent
DevelopmentalStagesinPeanutSeed
CHENYumeiꎬLILuluꎬCHENJinlingꎬXUYuanꎬLIHuiminꎬQINXinmin
(CollegeofLifeScienceꎬGuangxiNormalUniversityꎬGuilin541004ꎬChina)
Abstract:Inordertosurveytheregulationpatternsofgenesexpressioninoilsynthesisduringthe
differentdevelopmentalstagesinpeanutseedꎬthepeanutseedsof20ꎬ35ꎬ50ꎬ60daysafterflower
(representedasHS20ꎬHS30ꎬHS50ꎬHS60respectively)weresequencedfortranscriptome.Throughthe
analysisoftranscriptomesequencingdataꎬthecleanreadsofHS20ꎬHS35ꎬHS50ꎬHS60samplelibrary
were109321068ꎬ106867224ꎬ109313082ꎬ107123540fragmentsrespectively.Thetranscriptomedata
werepair ̄wisecomparedinperiodorderꎬandthetotalquantitiesofdifferentialexpressiongenesofHS20 ̄
vs ̄HS35ꎬHS35 ̄vs ̄HS50andHS50 ̄vs ̄HS60were25769ꎬ18403and12308respectivelyꎬofwhichup ̄
regulatedgenesaccountedfor12.55%ꎬ62.92%and26.28%respectively.KEGGPathwayanalysis
showedthatꎬalldifferentialexpressiongeneswereclassifiedinto135KEGGpathwaysꎬofwhichfattyacid
biosynthesisꎬbiosynthesisofunsaturatedfattyacidsꎬfattyacidelongationꎬfattyacidmetabolismand
arachidonicacidmetabolismKEGGpathwayswererelatedtolipidsynthesis.
Keywords:Peanut(ArachishypogaeaL.)ꎻTranscriptomeꎻDifferentialexpressionanalysisꎻGenes
involvedinlipidsynthesis
收稿日期:2019-01-23
基金项目:广西研究生教育创新计划项目(XYCSZ2018056)
作者简介:陈玉梅(1990-)ꎬ女ꎬ广西藤县人ꎬ在读硕士研究生ꎬ研究方向:植物分子生物学ꎮE-mail:756827057@qq.com
通信作者:秦新民(1956-)ꎬ男ꎬ广西灵川人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事植物分子生物学研究ꎮ
E-mail:xmqin@mailbox.gxnu.edu.cn
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
25
花生是我国重要的油料作物和经济作物
[1]
ꎬ其
具有很高的经济价值和营养价值ꎮ目前ꎬ花生在我
国农作物中的种植面积居第7位ꎬ但年产值居第4
位
[3]
ꎮ我国不仅是花生生产和消费大国ꎬ同时也是
40%ꎮ据报道ꎬ我国花生消费中46%~48%用于榨
油
[4]
ꎮ相关研究表明ꎬ榨油原料含油量每提高1个
百分点ꎬ油脂加工的纯利润可提高7%
[5]
ꎮ长期以
出口大国ꎬ出口量占世界花生市场贸易总量的
含油量高达40%~60%ꎬ蛋白质含量20%~30%
[2]
ꎬ
与油脂代谢相关ꎮ目前ꎬ关于花生油脂合成相关基
因的研究大多是对关键基因的单独研究ꎬ对花生油
4个不同发育时期的花生籽粒进行转录组测序ꎬ筛
选与油脂合成相关的差异表达基因以及转录因子
等ꎬ为进一步了解花生油脂合成相关基因的调控模
式及调控网络奠定基础ꎬ同时也为高油花生品种的
培育提供依据ꎮ
脂合成的整个调控网络研究尚不深入ꎬ鉴于此ꎬ对
来ꎬ我国花生育种目标主要是高产、早熟和抗逆性
等
[6]
是一个重要指标
ꎮ但对于一个优良的花生品种来说
ꎬ提高花生含油量可以大大增加花
ꎬ高含油量
生的经济价值ꎮ谷建中等
[7]
通过对23个高油酸花
生品种(系)进行遗传多样性分析ꎬ发现开选016为
适应性广、配合力高的优异高油酸花生种质ꎬ具有较
高的育种价值ꎮ通过分子生物学手段在转录水平上
深入研究花生油脂合成相关基因ꎬ对提高花生油脂
含量、改善花生品质等具有重要意义ꎮ
参与植物油脂合成的3个关键酶分别为甘油-
3
酶
-
(LPAAT)
磷酸酰基转移酶
和二酰甘油酰基转移酶
(GPAT)、溶血磷脂酸酰基转移
(DGAT)
[8]
中ꎬDGAT是催化三酰甘油(TAG)合成的最后一步
ꎮ其
反应的关键酶和限速酶ꎬ在油脂合成过程中起着重
要作用
[9]
ꎮ目前ꎬ在微藻
[10]
[15]
和白檀
[16]
等多种油料植物研究中已
、油茶
[11 ̄12]
、油棕
[13]
桐
[14]
经证实
、核桃
、油
ꎬ参与油脂合成的相关基因和酶对于种子油
脂合成具有重要的调节作用ꎮ近年来ꎬ关于花生油
脂合成方面的研究已经取得一定的进展ꎮ华方
静
[17]
发现ꎬ同一花生品种的不同发育时期ꎬAh ̄
GPAT9基因的表达量差异极显著ꎬ种子含油量与该
基因表达量呈正相关ꎬ并且表达峰值高或峰值持续
时间较长均有利于油脂合成ꎮ陈四龙等
[18]
通过构
建花生cDNA文库和EST测序发现ꎬAhLPAT基因的
表达量与油脂的积累速率变化一致ꎬ进一步通过转
基因试验验证ꎬ成功转化该基因的拟南芥植株ꎬ其种
子含油量显著增加ꎬ说明该基因对种子的油脂合成
起到正向调控作用ꎮ荧光定量PCR检测结果表明ꎬ
GPAT、LPAAT、DGAT
达总量与花生和甘蓝型油菜的籽仁含油量呈显著或
等3类酰基转移酶基因的表
极显著正相关
[19 ̄20]
酵母TAG合成缺陷株恢复
ꎮ并且ꎬ
TAG
DGAT
的合成与积累
基因能够使酿酒
[21]
和小燕等
[22]
通过转录组测序对高油和低油2个花
ꎮ
生品种进行分析发现ꎬ有四大类代谢的484条基因
1
1.1
材料和方法
试验材料
供试材料为花生(ArachishypogaeaL.)品种桂
花37ꎬ由广西壮族自治区农业科学院经济作物研究
所提供ꎮ
1.2 试验方法
1.
的花朵进行挂牌标记
2.1 样品采集 在花生盛花期
ꎮ选取长势一致
ꎬ每天对当天盛开
、无病虫害的
花生植株ꎬ分别取花后20、35、50、60d(分别为籽粒
发育的前期、中期、成熟期、成熟后期)4个不同发育
时期的花生荚果ꎬ剥去花生壳后迅速将籽粒(分别
以HS20、HS35、HS50、HS60表示)放入液氮中速冻
20
组测序的材料
minꎬ再转至
ꎮ
-80℃超低温冰箱保存ꎬ作为转录
1.
提取
2.2
4个不同发育时期的花生籽粒总
花生籽粒总RNA的提取、建库以及测序
RNAꎬ对检测
合格的RNA样品进行建库和高通量测序ꎬ建库和测
序方法参考文献[23]ꎮ
1.
的花生籽粒进行转录组测序
2.3 差异表达基因的筛选
ꎬ将得到的数据按发育时
对4个不同发育时期
期的先后顺序进行两两比对ꎬ即分为HS20-vs-
HS35、HS35
较组ꎬ旨在分析出在
-vs-HS50
4个时期中都有的差异表达基
和HS50-vs-HS603个比
因ꎬ再进一步对差异表达基因进行功能注释ꎮ对表
达量的原始数据进行标准化处理ꎬ并进行泊松分布
计算ꎬ对差异检验的P值作多重假设检验校正ꎬ减
少假阳性ꎮ差异表达基因设定为FDR≤0.001且倍
数差异在2倍以上ꎬ同时校正P值<0.05ꎮ
1.
集分
2.4
析
差异表达基因的
根据差异表达
GO
基因
功能注释分类以及富
筛选结果进行GO
组分和生物过程三大功能类
(Geneontology)功能分类ꎬ主要包括分子功能
ꎮ使用R软件的Phyper
、细胞
函数进行富集分析ꎬ计算P值ꎬ并进行FDR校正ꎬ
FDR≤0.01视为显著富集ꎮ
26
河南农业科学第48卷
1.2.5 差异表达基因的KEGGPathway分类和富集
分析 对差异基因进行生物通路分类ꎬ使用R软件
中Phyer函数进行富集分析ꎬ得到显著富集的通路ꎬ
1.2.6 转录因子家族分析 转录因子是一类能与
对P值进行FDR校正ꎬFDR≤0.01视为显著富集ꎮ
2 结果与分析
量检测
2.1 不同发育时期花生籽粒总RNA的提取与质
对不同发育时期的花生籽粒样品HS20、HS35、
5′端上游特定序列专一性结合ꎬ从而保证目的基因
通过getorf检测Unigene的ORFꎬ然后通过
根据植物转录因子数据库(PlantTDB)描述的转录因
子家族特征对Unigene进行功能鉴定ꎮ
HS50、HS60提取总RNA并进行质量检测ꎮ分光光
度计检测结果表明ꎬ各样品的总RNA样品OD
260/280
高ꎬ符合后续试验的要求ꎮ
质量分析
对花生籽粒样品HS20、HS35、HS50、HS60进行
转录组测序ꎬ得到的原始数据(Rawreads)经数据过
滤ꎬ除去低质量、接头污染以及未知碱基N含量大
于5%的Readsꎬ得到过滤后数据(Cleanreads)ꎮ各
个时期所得到的Cleanreads占原始数据的94%以
上ꎬ其中Q20高达97%以上ꎬQ30高达90%以上ꎬ说
明转录组测序数据质量较高(表1)ꎬ可进行后续生
物信息学分析ꎮ
在2.04~2.90ꎬRIN/RQN值在9.1~9.4ꎬ其完整性
2.2 不同发育时期花生籽粒转录组文库测序结果
以特定强度在特定时间与空间表达的蛋白质分子ꎮ
hmmsearch检索ꎬ比对出转录因子的蛋白质结构域ꎬ
1.2.7 差异表达基因的RT-PCR验证 通过Tri ̄
zol法提取花生籽粒4个时期的总RNAꎬ采用Aidlab
SynthesisKit)进行反转录操作ꎬ利用Analytikjena-
qPCRsoft3.2软件的Pfafflmethod公式计算ꎮ
公司反转录试剂盒(TUREscript1stStrandcDNA
qTOWER2.2型荧光定量PCR仪进行荧光定量
PCR反应ꎬ各个样品中目的基因相对表达量通过
表1 测序数据统计
Tab.1 Sequencingdatestatistics
样品名称
Sample
name
HS20
HS35
HS50
HS60
原始数据/条
Rawreads
115393658
112885308
115393634
112877182
过滤后数据/条
Cleanreads
109321068
106867224
109313082
107123540
过滤后碱基数量/Gb
Thebasenumber
ofcleanreads
10.93
10.69
10.93
10.71
Q20占比/%
Theproportion
ofQ20
97.95
97.88
97.87
98.03
Q30占比/%
Theproportion
ofQ30
91.03
90.82
90.77
91.27
过滤后数据占比/%
Theproportion
ofcleanreads
94.74
94.67
94.73
94.90
2.3 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的筛选
根据不同发育时期花生籽粒样品基因表达水
平ꎬ检测显著差异表达基因ꎬ结果如图1所示ꎮ在
HS20-vs-HS35中ꎬ差异表达基因总数为25769
个ꎬ其中上调的差异表达基因有3235个ꎬ下调的差
异表达基因有22534个ꎻHS35-vs-HS50中ꎬ差异
表达基因总数为18403个ꎬ其中上调的差异表达基
因有11579个ꎬ下调的差异表达基因有6824个ꎻ
HS50-vs-HS60中ꎬ差异表达基因总数为12308
异表达基因有9073个ꎮ
个ꎬ其中上调的差异表达基因有3235个ꎬ下调的差
图1 不同发育时期花生籽粒差异表达基因火山图
Fig.1 Thevolcanoplotofdifferentialexpressiongenesofthedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
27
2.4 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的GO
2.4.1 GO功能分类 HS20-vs-HS35、HS35-
功能注释分析
tion)、细胞组分(Cellularcomponent)、生物过程(Bi ̄
vs-HS50、HS50-vs-HS60差异表达基因的GO功
能分类结果如图2—4所示ꎬ在HS20-vs-HS35的
差异表达基因中ꎬ参与分子功能(Molecularfunc ̄
18913个ꎻ在HS35-vs-HS50中ꎬ分别有11445、
16336、13383个ꎻ在HS50-vs-HS60中ꎬ分别有
7782、10741、9216个ꎮ
ologicalprocess)的基因分别有15649、22489、
图2 HS20-vs-H35差异表达基因GO分类图
Fig.2 GOclassificationmapofdifferentialexpressiongenesofHS20 ̄vs ̄H35
2.4.2 GO功能富集分析 对不同发育时期的花
HS20-vs-HS35的差异表达基因被富集到5790
生籽粒的差异表达基因进行GO功能富集分析ꎬ
个GO条目中ꎬ其中ꎬ参与生物过程、细胞组分、分子
56.97%、11.94%、31.09%ꎻHS50-vs-HS60的差异
表达基因被富集到4826个GO条目中ꎬ参与生物过
程、细胞组分、分子功能的差异表达基因分别占
以发现ꎬ3个比较组中大多数差异表达基因参与生
物过程ꎬ其次是分子功能ꎬ最后是细胞组分ꎮ3个比
较组中差异表达基因最显著的20个GO富集功能如
图5—7所示ꎮ
57.44%、12.20%、30.36%ꎮ通过分析各组分占比可
12.31%、30.71%ꎻHS35-vs-HS50的差异表达基
因被富集到5301个GO条目中ꎬ参与生物过程、细
功能的差异表达基因含义不同分别占56.98%、
胞组分、分子功能的差异表达基因含义不同分别占
28
河南农业科学第48卷
图3 HS35-vs-HS50差异表达基因GO分类图
Fig.3 GOclassificationmapofdifferentialexpressiongenesofHS35 ̄vs ̄HS50
2.5 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的
KEGGPathway富集分析
对不同发育时期花生籽粒差异表达基因进行
有63、63、43个ꎻ参与不饱和脂肪酸生物合成的分别
31个ꎻ参与脂肪酸代谢的分别有113、98、67个ꎻ参
2.6 基因转录因子家族分类
与花生四烯酸代谢的分别有57、56、34个ꎮ
有45、38、24个ꎻ参与脂肪酸延长的分别有78、54、
KEGGPathway富集分析ꎬ将所有的差异表达基因分
为135类代谢通路ꎬHS20-vs-HS35、HS35-vs-
HS50、HS50-vs-HS60的代谢通路以及差异基因
数量如表2所示ꎮ结果表明ꎬ在代谢通路中ꎬ参与花
生油脂代谢的通路主要有脂肪酸生物合成
脂肪酸延长(ko00062)、脂肪酸代谢(ko01212)、花
生四烯酸代谢(ko00590)等ꎮ其中ꎬ在HS20-vs-
HS35、HS35-vs-HS50和HS50-vs-HS603个比
较组中ꎬ参与脂肪酸生物合成的差异表达基因分别
(ko00061)、不饱和脂肪酸的生物合成(ko01040)、
对具有编码转录因子能力的基因进行预测ꎬ并
对基因所属的转录因子家族进行分类ꎬ结果如表3
所示ꎮ由表3可见ꎬ可能参与油脂合成的转录因子
有ABI3VP1家族、AP2-EREBP家族以及C2C2-
Dof家族的成员ꎬ其中ꎬ属于ABI3VP1家族的转录
因子有154个、属于AP2-EREBP家族的转录因
66个ꎮ
子有236个ꎬ属于C2C2-Dof家族的转录因子有
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
29
图4 HS50-vs-HS60差异表达基因GO分类图
Fig.4 GOclassificationmapofdifferentialexpressiongenesofHS50 ̄vs ̄HS60
图5 HS20-vs-HS35差异表达基因GO富集图
Fig.5 GOenrichmentmapofdifferentialexpressiongenesofHS20 ̄vs ̄HS35
30
河南农业科学第48卷
图6 HS35-vs-HS50差异表达基因GO富集图
Fig.6 GOenrichmentmapofdifferentialexpressiongenesofHS35 ̄vs ̄HS50
图7 HS50-vs-HS60差异表达基因GO富集图
Fig.7 GOenrichmentmapofdifferentialexpressiongenesofHS50 ̄vs ̄HS60
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2 Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko03440
ko03420
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00072
ko00073
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
31
代谢通路名称
Pathwayname
同源重组
Homologous
recombination
核苷酸切除修复
Nucleotideexcision
repair
真核生物核糖体的生物
合成
Ribosomebiogenesisin
eukaryotes
基础转录因子
Basaltranscription
factors
错配修复
Mismatchrepair
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
345
316
183
189
89
94
代谢通路名称
Pathwayname
酮体的合成与降解
Synthesisanddegradation
ofketonebodies
角质、丝氨酸和蜡生物
合成
Cutinꎬsuberineandwax
biosynthesis
甾体生物合成
Steroidbiosynthesis
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
877
454324
ko0300821413784ko00100685441
ko030221248041
ko03430
ko00561
ko03018
ko00563
262
236
332
95
144
168
240
75
71
125
151
37
泛醌及其他萜类醌生物
合成
Ubiquinoneandotherterpe ̄
noid ̄quinonebiosynthesis
氧化磷酸化
Oxidativephosphorylation
光合作用
Photosynthesis
ko001301068183
ko00190
ko00195
ko00220
ko00230
177
55
69
475
163
67
51
328
91
43
65
268
甘油酯代谢
Glycerolipidmetabolism
RNA降解
RNAdegradation
精氨酸生物合成
Argininebiosynthesis
嘌呤代谢
Purinemetabolism
糖基磷脂酰肌醇(GPI)—
锚定生物合成
Glycosylphosphatidylinosi ̄
tol(GPI)—anchorbiosyn ̄
thesis
植物昼夜节律
Circadianrhythm—plant
ko04712202165129
鞘脂代谢
Sphingolipidmetabolism
ko00600
ko00514
126
66
85
45
58
24
甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸
代谢
Glycineꎬserineandthreo ̄
ninemetabolism
单胺菌素生物合成
Monobactambiosynthesis
ko002601379054
ko00261
ko00270
28
176
17
140
10
82
其他类型的O-聚糖
生物合成
OthertypesofO ̄glycanbi ̄
osynthesis
糖酵解/糖异生
Glycolysis/
gluconeogenesis
蛋白酶体
Proteasome
叶酸合成
Folatebiosynthesis
半胱氨酸和蛋氨酸代谢
Cysteineand
methioninemetabolism
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨
酸降解
Valineꎬleucineand
isoleucinedegradation
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨
酸生物合成
Valineꎬleucineand
isoleucinebiosynthesis
赖氨酸生物合成
Lysinebiosynthesis
ko00010236210117ko002801016348
ko030501358454ko00290402311
ko00790
ko00901
ko01502
70
83
9
51
60
10
29
40
6
ko00300
ko00340
ko00350
37
45
92
24
21
82
10
13
59
吲哚生物碱生物合成
Indolealkaloid
biosynthesis
万古霉素耐药性
Vancomycinresistance
组氨酸代谢
Histidinemetabolism
酪氨酸代谢
Tyrosinemetabolism
32
河南农业科学
续表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2(Continued) Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
第48卷
代谢通路名称
Pathwayname
光合-天线蛋白
Photosynthesis ̄
antennaproteins
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00196
ko00780
ko03040
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
22
35
535
21
40
333
9
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通路名称
Pathwayname
苯丙氨酸代谢
Phenylalaninemetabolism
色氨酸代谢
Tryptophanmetabolism
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00360
ko00380
ko00400
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
102
98
91
80
68
76
61
49
52
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
生物素代谢
Biotinmetabolism
剪接体
Spliceosome
19
229
蛋白质输出
Proteinexport
非同源末端连接
Non ̄homologous
end ̄joining
ko03060
ko03450
ko00965
ko00604
81
23
11
65
53
19
7
51
38
7
3
37
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨
酸生物合成
Phenylalanineꎬtyrosineand
tryptophanbiosynthesis
牛胆素与亚牛磺酸代谢
Taurineand
hypotaurinemetabolism
硒化合物代谢
Selenocompound
metabolism
ko00430
ko00450
ko00460
ko00500
12
37
159
477
18
32
124
355
12
73
101
269
甜菜碱生物合成
Betalainbiosynthesis
Ganglio系列鞘糖脂生物
合成
Glycosphingolipid
biosynthesis—ganglioseries
磷脂酰肌醇信号系统
Phosphatidylinositol
signalingsystem
脂肪酸延长
Fattyacidelongation
赖氨酸降解
Lysinedegradation
氰氨基酸代谢
Cyanoaminoacid
metabolism
淀粉与蔗糖代谢
Starchandsucrosemetabo ̄
lism
N-聚糖生物合成
N ̄glycanbiosynthesis
其他聚糖降解
Otherglycandegradation
ko04070
ko00062
ko00310
ko00531
ko00051
ko00565
ko03030
ko04136
ko00250
161
78
109
75
146
78
324
66
93
114
54
78
56
108
54
185
42
79
72
31
36
38
50
29
153
24
68
ko00510
ko00511
ko00520
ko00562
ko00590
ko00591
ko00592
ko00620
ko00630
73
121
279
154
57
48
82
164
140
47
89
230
124
56
53
82
132
97
36
73
193
73
34
75
56
76
81
糖胺聚糖降解
Glycosaminoglycan
degradation
氨基糖与核苷酸糖代谢
Aminosugarandnucleo ̄
tidesugarmetabolism
肌醇磷酸代谢
Inositolphosphate
metabolism
花生四烯酸代谢
Arachidonicacid
metabolism
果糖与甘露糖代谢
Fructoseandmannose
metabolism
醚脂代谢
Etherlipidmetabolism
DNA复制
DNAreplication
亚油酸代谢
Linoleicacidmetabolism
α-亚麻酸代谢
Alpha ̄linolenicacid
metabolism
自噬—其他
Autophagy—other
丙氨酸、天门冬氨酸和谷
氨酸代谢
Alanineꎬaspartateand
glutamatemetabolism
核黄素代谢
Riboflavinmetabolism
硫代谢
Sulfurmetabolism
丙酮酸代谢
Pyruvatemetabolism
ko00740
ko00920
42
57
29
37
20
30
乙醛酸和二元羧酸
盐代谢
Glyoxylateand
dicarboxylatemetabolism
丙酸代谢
Propanoatemetabolism
丁酸代谢
Butanoatemetabolism
ko00640
ko00650
49
36
39
27
34
21
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
续表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2(Continued) Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
33
代谢通路名称
Pathwayname
嘧啶代谢
Pyrimidinemetabolism
磷酸戊糖途径
Pentosephosphatepathway
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00240
ko00030
ko00603
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
388
136
22
250
109
17
195
57
9
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通路名称
Pathwayname
C5支化二元酸代谢
C5 ̄brancheddibasic
acidmetabolism
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00660
ko00670
ko00710
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
17
38
149
11
21
118
6
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
Globoandisoglobo系列鞘
糖脂生物合成
Glycosphingolipidbiosyn ̄
thesis—globoand
isogloboseries
油菜素内酯生物合成
Brassinosteroid
biosynthesis
类黄酮生物合成
Flavonoidbiosynthesis
精氨酸与脯氨酸代谢
Arginineandproline
metabolism
泛素介导的蛋白水解
Ubiquitinmediated
proteolysis
叶酸碳库
Onecarbonpoolbyfolate
光合生物的暗反应
Carbonfixationin
photosyntheticorganisms
41
82
ko00905
ko00941
ko00330
ko04120
ko00564
ko00910
ko00402
ko04122
ko00942
18
108
133
286
164
46
22
22
18
10
94
92
209
127
42
12
19
14
11
72
53
149
70
29
13
9
12
烟酸和烟酰胺代谢
Nicotinateand
nicotinamidemetabolism
ko00760
ko00770
ko00860
ko00900
ko00904
ko00906
ko00940
ko00943
ko00945
51
68
152
116
51
91
352
54
39
33
41
134
76
47
83
269
50
32
28
28
68
52
40
80
250
48
24
泛酸和辅酶A生物合成
PantothenateandCoA
biosynthesis
卟啉与叶绿素代谢
Porphyrinand
chlorophyllmetabolism
萜类骨架生物合成
Terpenoidbackbone
biosynthesis
甘油磷脂代谢
Glycerophospholipidmetab ̄
olism
氮代谢
Nitrogenmetabolism
二萜生物合成
Diterpenoidbiosynthesis
类胡萝卜素生物合成
Carotenoidbiosynthesis
苯丙素生物合成
Phenylpropanoid
biosynthesis
苯并嘿嗪类生物合成
Benzoxazinoidbiosynthesis
硫传递系统
Sulfurrelaysystem
花青素生物合成
Anthocyaninbiosynthesis
异黄酮生物合成
Isoflavonoidbiosynthesis
硫胺素代谢
Thiaminemetabolism
硫代葡萄糖苷生物合成
Glucosinolatebiosynthesis
ko00730
ko00966
30
25
22
22
20
13
二苯乙烯类、二芳基庚烷
类和姜辣素生物合成
Stilbenoidꎬdiarylheptanoid
andgingerolbiosynthesis
异喹啉生物碱生物合成
Isoquinolinealkaloidbio ̄
synthesis
ko00950
ko00960
54
46
41
36
34
26
脂肪酸降解
Fattyaciddegradation
咖啡因代谢
Caffeinemetabolism
ko00071
ko00232
96
13
71
16
40
6
托烷、哌啶和吡啶生物碱
的生物合成
Tropaneꎬpiperidineand
pyridinealkaloidbiosynthesis
氨酰-tRNA生物合成
Aminoacyl ̄tRNA
biosynthesis
ko00970
ko01040
219
45
131
38
117
24不饱和脂肪酸的生物
合成
Biosynthesisofunsaturated
fattyacids
34
河南农业科学
续表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2(Continued) Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00944
ko00908
ko00902
ko00410
ko00440
ko03410
ko00750
ko04145
ko00785
ko04075
ko00909
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko01058
ko01200
ko01210
ko01212
ko01230
ko02010
ko03010
ko03013
ko03015
ko03020
ko04016
第48卷
代谢通路名称
Pathwayname
黄酮和黄酮醇生物合成
Flavoneandflavonol
biosynthesis
玉米素生物合成
Zeatinbiosynthesis
单萜生物合成
Monoterpenoid
biosynthesis
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
26
35
14
73
18
143
30
133
7
591
55
24
32
10
53
13
81
24
119
2
426
42
18
21
5
35
3
45
16
59
5
373
32
代谢通路名称
Pathwayname
吖啶酮生物碱生物合成
Acridonealkaloid
biosynthesis
2-羰基羧酸代谢
2 ̄oxocarboxylicacid
metabolism
碳代谢
Carbonmetabolism
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
311
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
488
145
113
472
208
388
483
335
171
457
378
97
98
362
155
379
364
237
122
387
258
85
67
257
115
150
257
185
114
316
β-丙氨酸代谢
Beta ̄alaninemetabolism
膦酸盐与磷酸酯代谢
Phosphonateand
phosphinatemetabolism
碱基切除修复
Baseexcisionrepair
脂肪酸代谢
Fattyacidmetabolism
氨基酸生物合成
Biosynthesisofaminoacids
ABC转运蛋白
ABCtransporters
核糖体
Ribosome
RNA转运
RNAtransport
维生素B6代谢
VitaminB6metabolism
吞噬体
Phagosome
硫辛酸代谢
Lipoicacidmetabolism
植物激素信号转导
Planthormonesignal
transduction
倍半萜和三萜生物合成
Sesquiterpenoidand
triterpenoidbiosynthesis
lactoandneolacto系列
鞘糖脂生物合成
Glycosphingolipid
biosynthesis—lactoand
neolactoseries
谷胱甘肽代谢
Glutathione
metabolism
mRNA监测途径
mRNAsurveillance
pathway
核糖核酸聚合酶
RNApolymerase
ko00601631
植物丝裂原活化蛋白激
酶信号通路
MAPKsignaling
pathway—plant
囊泡运输中的SNARE相
互作用
SNAREinteractionsin
vesiculartransport
内质网中的蛋白质加工
Proteinprocessingin
endoplasmicreticulum
内吞作用
Endocytosis
ko04130332520
ko00480
ko00020
ko00040
148
102
198
90
70
167
75
43
117
ko04141
ko04144
ko04146
477
498
178
353
336
152
255
277
99
柠檬酸循环(TCA循环)
Citratecycle(TCAcycle)
戊糖和葡糖醛酸盐相
互转化
Pentoseandglucuronate
interconversions
半乳糖代谢
Galactosemetabolism
过氧化物酶体
Peroxisome
ko00052
ko00053
192
134
148
105
113
78
抗坏血酸与醛酸代谢
Ascorbateandaldarate
metabolism
脂肪酸生物合成
Fattyacidbiosynthesis
植物病原菌互作
Plant ̄pathogeninteraction
ko04626
ko04933
438
60
341
45
381
42
ko00061636343
AGE-RAGE信号通路在
糖尿病并发症中的作用
AGE ̄RAGEsignaling
pathwayindiabetic
complications
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
表3 基因所属转录因子家族的分类
Tab.3 Classificationoftranscriptionfactorfamiliesofgenes
35
2.7 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的RT-
PCR验证
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
序号
No.
转录因子家族
Transcription
factorfamily
ABI3VP1
AP2-EREBP
ARF
ARR-B
Alfin-like
BBR/BPC
BES1
BSD
C2C2-CO-like
C2C2-Dof
C2C2-GATA
C2C2-YABBY
C2H2
C3H
CPP
CSD
DBP
E2F-DP
EIL
FAR1
基因数量
Quantity
ofgenes
154
236
63
19
26
16
17
24
19
66
47
19
110
151
20
4
2
22
12
361
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
序号
No.
转录因子家族
Transcription
factorfamily
FHA
G2-like
GRAS
GRF
GeBP
HB
HRT
HSF
LFY
LIM
LOB
MADS
MYB
NAC
NOZZLE
OFP
PBF-2-like
PLATZ
RWP-RK
S1Fa-like
基因数量
Quantity
ofgenes
49
88
80
24
14
25
2
46
3
23
72
87
359
135
6
27
5
26
34
4
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
序号
No.
转录因子家族
Transcription
factorfamily
SAP
SBP
SRS
Sigma70-like
TAZ
TCP
TIG
TUB
Tify
Trihelix
ULT
VARL
VOZ
WRKY
bHLH
bZIP
mTERF
zf-HD
基因数量
Quantity
ofgenes
1
38
18
17
10
41
20
22
23
78
4
11
8
142
253
34
88
17
达基因和内参基因的引物如表4所示ꎮ由图8可
见ꎬRT-PCR验证的基因表达量变化趋势与转录
组测序结果(表5)中基因表达量的变化趋势基本
一致ꎬ表明转录组测序所得到的数据具有较高的
可靠性ꎮ
为验证转录组测序结果中基因表达量的准确
4个差异表达基因进行RT-PCR验证ꎬ4个差异表
性ꎬ以18SRNA为内参基因ꎬ选取转录组测序中的
表4 RT-PCR验证的差异表达基因及其引物
Tab.4 ThedifferentialexpressiongenesandprimersofRT ̄PCRvalidation
序号
No.
1
2
3
4
5
基因名称
Genename
ahALR
ahLOX
ahLEA
ahHSC
18SRNA
正向引物
Forwardprimer
TCCGCACCAACATCTTCTCGTA
CTATGAAGGCGGAATTAGGCTACC
CGGCGTTGGAGGAGGGATG
TGCTTATGGTGCTGCGGTTCA
CAACCATAAACGATGCCGA
反向引物
Reverseprimer
GTTGATGATGCTGCTTCCTTCCTT
GGTGGTGGAAACTTGAGGACTT
CAGTGGTAGTGGTGGTGGTGG
AAGACTGAGCGGCGTGACATC
AGCCTTGCGACCATACTCC
图8 差异表达基因的RT-PCR验证结果
Fig.8 TheRT ̄PCRvalidationresultsofthedifferentialexpressiongenes
36
河南农业科学
表5 4个转录组测序基因的表达量
Tab.5 Theexpressionoffourgenessequencedbytranscriptome
基因名称Genename
ahALR
ahLOX
ahLEA
ahHSC
HS20
3.67
3.05
10.55
10.64
HS35
551.79
536.18
635.62
27.39
HS50
1960.28
1096.15
2821.43
114.21
HS60
3100.08
1468.16
4727.83
166.70
第48卷
3 结论与讨论
酰ACP合成酶等基因
[28]
ꎮ玉米中过表达ZmLEC1
转录因子可以提高含油量
[29]
ꎮDof(DNAbinding
植物种子中的油脂主要以三酰甘油的形式储
存ꎬ其积累呈慢—快—慢的变化规律
[24 ̄25]
是油脂的重要组成部分ꎬ本研究中发现ꎬ花生不同发
ꎮ脂肪酸
育时期差异表达基因涉及脂肪酸合成的代谢途径主
要有脂肪酸生物合成、不饱和脂肪酸的生物合成、脂
肪酸延长、脂肪酸代谢、花生四烯酸代谢等几种代谢
通路
vs
ꎮ
别有
-HS60
HS20
63、63、43
参与脂肪酸生物合成的差异表达基因分
-vs-HS35、HS35-vs-HS50、HS50-
个ꎬ参与不饱和脂肪酸生物合成的分
54、31
别有45、38、24个ꎬ参与脂肪酸延长的分别有78、
参与花生四烯酸代谢的分别有
个ꎬ参与脂肪酸代谢的分别有
57、56、34
113、98、67
个ꎮ这些
个ꎬ
基因的表达呈现出慢—快—慢的趋势ꎮ如参与脂肪
酸合成代谢的基因fabG在花后20、35、50、60d时的
表达量(ReadsperkbpermillionreadsꎬFPKM)分别
为3.67、551.79、1960.28、2100.08ꎮ参与亚油酸
53.
代谢途径的基因
18、1096.15、1
LOX1
268.
_5
16ꎬ
的表达量分别为
脂肪酸代谢中的
3.
FAD2
05、
基因表达量分别为23.68、153.80、226.88、268.06ꎮ
另外ꎬ参与油脂合成的相关基因和酶中ꎬ催化三酰甘
油合成的最后一步反应的DGAT基因有79个ꎮ其
他参与油脂合成的酶
ACP
ꎬ如酰基ACP硫酯酶(Acyl ̄
羧化酶
thioesterase)
(Phosphoenolpyruvate
基因有11个
carboxylase)
ꎬ磷酸烯醇式丙酮酸
基因有23
个
thase)
ꎬβ-
toacyl ̄ACP
基因有
酮脂酰-ACP合酶(β ̄ketoacyl ̄ACPsyn ̄
相关研究表明
reductase)
3个ꎬβ-
ꎬ多种转录因子在种子油脂合成
基因有
酮脂酰
2
-
个
ACP
ꎮ
还原酶(β ̄ke ̄
过程中起调控作用
[26]
因子在油脂合成和种子成熟过程中相互调节
ꎮABI3、FUS3和LEC2
ꎬ其中
转录
ABI3
ꎬ
脂质的合成
主要参与蛋白质含量的调节
ꎮ另外ꎬLEC2和FUS3
ꎬFUS3
在种子胚的不同
主要调节
发育阶段发挥作用
[27]
因子是
WRI1
AP2/
ꎮWRI1(WRINKLED1)转录
酸激酶
可以上调脂肪酸合成的一组基因
EREBP家族的一员ꎮ拟南芥中过表达
、乙酰辅酶A羧化酶、酰基载体蛋白和酮脂
ꎬ包括丙酮
with
一个高度保守的
onefinger)是植物特有的转录因子
C2-C2单锌指结构ꎬ
ꎬN
能够特异识
末端含有
别启动子序列中的
控脂肪酸的合成
[31]
ꎮ相关研究表明
AAAG/CTTT元件
ꎬDof
ꎬ从而调节植
物基因的表达
[30]
转录因子调
鉴定参与油脂合成调控
ꎮ大豆中已有
ꎬ过表达GmDof4
28个
和
Dof
GmDof11
基因被
基因可以提高乙酰辅酶A羧化酶和长链乙酰辅酶A
合成酶基因的表达ꎬ同时GmDof4和GmDof11基因
转化拟南芥植株的种子中ꎬ
子有ABI3VP1、AP2
ꎮ本研究中
-EREBP、C2C2
ꎬ与油脂合成相关的转录因
总脂肪酸和脂质含量都
有所增加
[32]
-Dof家族的成
员ꎬ分别有154、236、66个ꎮ
本研究中ꎬHS20-vs-HS35、HS35-vs-HS50
25
和HS50-vs-HS60的差异表达基因总数分别是
分别占
769个
12.
、18
55%
403
、62.
个和
92%
12308
和26.
个ꎬ
28%
其中上调表达基因
ꎮ从上述统计
数据可以发现ꎬ在花生籽粒油脂合成前期ꎬ下调差异
表达基因数量(22534)所占比例大ꎬ籽粒油脂积累
缓慢
(11
ꎻ随着籽粒的不断生长ꎬ
利于促进籽粒中油脂的迅速积累
579)所占比例上升ꎬ多于下调差异表达基因
上调差异表达基因数量
ꎻ而到了油脂合成
ꎬ有
后期ꎬ下调差异表达基因数量(9073)所占比例较
大ꎬ又多于上调差异表达基因ꎬ导致了籽粒中油脂合
成速度变慢ꎮ以上数据表明ꎬ花生油脂的积累是个
非常复杂的过程ꎬ受到许多基因和转录因子的共同
调节ꎬ构成了一个非常复杂的调节网络ꎬ其主要功能
基因及其在油脂合成与积累过程的相互关系尚有待
深入研究ꎮ
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2024年4月15日发(作者:和飞瑶)
河南农业科学ꎬ2019ꎬ48(7):24 ̄37
JournalofHenanAgriculturalSciences
doi:10.15933/j.cnki.1004 ̄3268.2019.07.005
基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期
油脂合成相关基因差异表达分析
陈玉梅ꎬ李璐璐ꎬ陈锦玲ꎬ徐 媛ꎬ李惠敏ꎬ秦新民
(广西师范大学生命科学学院ꎬ广西桂林541004)
摘要:为研究花生籽粒不同发育时期油脂合成过程中基因的表达调控模式ꎬ对花后20、35、50、60d
的花生籽粒(分别表示为HS20、HS35、HS50、HS60)进行转录组测序ꎮ通过对转录组测序数据进行
107123540条Cleanreadsꎮ将得到的花生籽粒转录组数据按发育时期的先后顺序进行两两比对ꎬ
18403、12308个ꎬ其中上调表达基因分别占12.55%、62.92%、26.28%ꎮ对差异表达基因进行
KEGGPathway分析ꎬ得到135条代谢通路ꎬ其中与油脂合成相关的有脂肪酸生物合成、不饱和脂肪
酸生物合成、脂肪酸延长、脂肪酸代谢、花生四烯酸代谢等代谢通路ꎮ
关键词:花生ꎻ转录组ꎻ差异表达分析ꎻ油脂合成相关基因
中图分类号:S565.2ꎻS330.2 文献标志码:A 文章编号:1004-3268(2019)07-0024-14
HS20-vs-HS35、HS35-vs-HS50和HS50-vs-HS60的差异表达基因总数分别是25769、
分析ꎬHS20、HS35、HS50、HS60样品的文库分别获得了109321068、106867224、109313082、
DifferentialExpressionAnalysisofGenesRelatedtoLipidSynthesis
throughTranscriptomeSequencingduringDifferent
DevelopmentalStagesinPeanutSeed
CHENYumeiꎬLILuluꎬCHENJinlingꎬXUYuanꎬLIHuiminꎬQINXinmin
(CollegeofLifeScienceꎬGuangxiNormalUniversityꎬGuilin541004ꎬChina)
Abstract:Inordertosurveytheregulationpatternsofgenesexpressioninoilsynthesisduringthe
differentdevelopmentalstagesinpeanutseedꎬthepeanutseedsof20ꎬ35ꎬ50ꎬ60daysafterflower
(representedasHS20ꎬHS30ꎬHS50ꎬHS60respectively)weresequencedfortranscriptome.Throughthe
analysisoftranscriptomesequencingdataꎬthecleanreadsofHS20ꎬHS35ꎬHS50ꎬHS60samplelibrary
were109321068ꎬ106867224ꎬ109313082ꎬ107123540fragmentsrespectively.Thetranscriptomedata
werepair ̄wisecomparedinperiodorderꎬandthetotalquantitiesofdifferentialexpressiongenesofHS20 ̄
vs ̄HS35ꎬHS35 ̄vs ̄HS50andHS50 ̄vs ̄HS60were25769ꎬ18403and12308respectivelyꎬofwhichup ̄
regulatedgenesaccountedfor12.55%ꎬ62.92%and26.28%respectively.KEGGPathwayanalysis
showedthatꎬalldifferentialexpressiongeneswereclassifiedinto135KEGGpathwaysꎬofwhichfattyacid
biosynthesisꎬbiosynthesisofunsaturatedfattyacidsꎬfattyacidelongationꎬfattyacidmetabolismand
arachidonicacidmetabolismKEGGpathwayswererelatedtolipidsynthesis.
Keywords:Peanut(ArachishypogaeaL.)ꎻTranscriptomeꎻDifferentialexpressionanalysisꎻGenes
involvedinlipidsynthesis
收稿日期:2019-01-23
基金项目:广西研究生教育创新计划项目(XYCSZ2018056)
作者简介:陈玉梅(1990-)ꎬ女ꎬ广西藤县人ꎬ在读硕士研究生ꎬ研究方向:植物分子生物学ꎮE-mail:756827057@qq.com
通信作者:秦新民(1956-)ꎬ男ꎬ广西灵川人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事植物分子生物学研究ꎮ
E-mail:xmqin@mailbox.gxnu.edu.cn
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
25
花生是我国重要的油料作物和经济作物
[1]
ꎬ其
具有很高的经济价值和营养价值ꎮ目前ꎬ花生在我
国农作物中的种植面积居第7位ꎬ但年产值居第4
位
[3]
ꎮ我国不仅是花生生产和消费大国ꎬ同时也是
40%ꎮ据报道ꎬ我国花生消费中46%~48%用于榨
油
[4]
ꎮ相关研究表明ꎬ榨油原料含油量每提高1个
百分点ꎬ油脂加工的纯利润可提高7%
[5]
ꎮ长期以
出口大国ꎬ出口量占世界花生市场贸易总量的
含油量高达40%~60%ꎬ蛋白质含量20%~30%
[2]
ꎬ
与油脂代谢相关ꎮ目前ꎬ关于花生油脂合成相关基
因的研究大多是对关键基因的单独研究ꎬ对花生油
4个不同发育时期的花生籽粒进行转录组测序ꎬ筛
选与油脂合成相关的差异表达基因以及转录因子
等ꎬ为进一步了解花生油脂合成相关基因的调控模
式及调控网络奠定基础ꎬ同时也为高油花生品种的
培育提供依据ꎮ
脂合成的整个调控网络研究尚不深入ꎬ鉴于此ꎬ对
来ꎬ我国花生育种目标主要是高产、早熟和抗逆性
等
[6]
是一个重要指标
ꎮ但对于一个优良的花生品种来说
ꎬ提高花生含油量可以大大增加花
ꎬ高含油量
生的经济价值ꎮ谷建中等
[7]
通过对23个高油酸花
生品种(系)进行遗传多样性分析ꎬ发现开选016为
适应性广、配合力高的优异高油酸花生种质ꎬ具有较
高的育种价值ꎮ通过分子生物学手段在转录水平上
深入研究花生油脂合成相关基因ꎬ对提高花生油脂
含量、改善花生品质等具有重要意义ꎮ
参与植物油脂合成的3个关键酶分别为甘油-
3
酶
-
(LPAAT)
磷酸酰基转移酶
和二酰甘油酰基转移酶
(GPAT)、溶血磷脂酸酰基转移
(DGAT)
[8]
中ꎬDGAT是催化三酰甘油(TAG)合成的最后一步
ꎮ其
反应的关键酶和限速酶ꎬ在油脂合成过程中起着重
要作用
[9]
ꎮ目前ꎬ在微藻
[10]
[15]
和白檀
[16]
等多种油料植物研究中已
、油茶
[11 ̄12]
、油棕
[13]
桐
[14]
经证实
、核桃
、油
ꎬ参与油脂合成的相关基因和酶对于种子油
脂合成具有重要的调节作用ꎮ近年来ꎬ关于花生油
脂合成方面的研究已经取得一定的进展ꎮ华方
静
[17]
发现ꎬ同一花生品种的不同发育时期ꎬAh ̄
GPAT9基因的表达量差异极显著ꎬ种子含油量与该
基因表达量呈正相关ꎬ并且表达峰值高或峰值持续
时间较长均有利于油脂合成ꎮ陈四龙等
[18]
通过构
建花生cDNA文库和EST测序发现ꎬAhLPAT基因的
表达量与油脂的积累速率变化一致ꎬ进一步通过转
基因试验验证ꎬ成功转化该基因的拟南芥植株ꎬ其种
子含油量显著增加ꎬ说明该基因对种子的油脂合成
起到正向调控作用ꎮ荧光定量PCR检测结果表明ꎬ
GPAT、LPAAT、DGAT
达总量与花生和甘蓝型油菜的籽仁含油量呈显著或
等3类酰基转移酶基因的表
极显著正相关
[19 ̄20]
酵母TAG合成缺陷株恢复
ꎮ并且ꎬ
TAG
DGAT
的合成与积累
基因能够使酿酒
[21]
和小燕等
[22]
通过转录组测序对高油和低油2个花
ꎮ
生品种进行分析发现ꎬ有四大类代谢的484条基因
1
1.1
材料和方法
试验材料
供试材料为花生(ArachishypogaeaL.)品种桂
花37ꎬ由广西壮族自治区农业科学院经济作物研究
所提供ꎮ
1.2 试验方法
1.
的花朵进行挂牌标记
2.1 样品采集 在花生盛花期
ꎮ选取长势一致
ꎬ每天对当天盛开
、无病虫害的
花生植株ꎬ分别取花后20、35、50、60d(分别为籽粒
发育的前期、中期、成熟期、成熟后期)4个不同发育
时期的花生荚果ꎬ剥去花生壳后迅速将籽粒(分别
以HS20、HS35、HS50、HS60表示)放入液氮中速冻
20
组测序的材料
minꎬ再转至
ꎮ
-80℃超低温冰箱保存ꎬ作为转录
1.
提取
2.2
4个不同发育时期的花生籽粒总
花生籽粒总RNA的提取、建库以及测序
RNAꎬ对检测
合格的RNA样品进行建库和高通量测序ꎬ建库和测
序方法参考文献[23]ꎮ
1.
的花生籽粒进行转录组测序
2.3 差异表达基因的筛选
ꎬ将得到的数据按发育时
对4个不同发育时期
期的先后顺序进行两两比对ꎬ即分为HS20-vs-
HS35、HS35
较组ꎬ旨在分析出在
-vs-HS50
4个时期中都有的差异表达基
和HS50-vs-HS603个比
因ꎬ再进一步对差异表达基因进行功能注释ꎮ对表
达量的原始数据进行标准化处理ꎬ并进行泊松分布
计算ꎬ对差异检验的P值作多重假设检验校正ꎬ减
少假阳性ꎮ差异表达基因设定为FDR≤0.001且倍
数差异在2倍以上ꎬ同时校正P值<0.05ꎮ
1.
集分
2.4
析
差异表达基因的
根据差异表达
GO
基因
功能注释分类以及富
筛选结果进行GO
组分和生物过程三大功能类
(Geneontology)功能分类ꎬ主要包括分子功能
ꎮ使用R软件的Phyper
、细胞
函数进行富集分析ꎬ计算P值ꎬ并进行FDR校正ꎬ
FDR≤0.01视为显著富集ꎮ
26
河南农业科学第48卷
1.2.5 差异表达基因的KEGGPathway分类和富集
分析 对差异基因进行生物通路分类ꎬ使用R软件
中Phyer函数进行富集分析ꎬ得到显著富集的通路ꎬ
1.2.6 转录因子家族分析 转录因子是一类能与
对P值进行FDR校正ꎬFDR≤0.01视为显著富集ꎮ
2 结果与分析
量检测
2.1 不同发育时期花生籽粒总RNA的提取与质
对不同发育时期的花生籽粒样品HS20、HS35、
5′端上游特定序列专一性结合ꎬ从而保证目的基因
通过getorf检测Unigene的ORFꎬ然后通过
根据植物转录因子数据库(PlantTDB)描述的转录因
子家族特征对Unigene进行功能鉴定ꎮ
HS50、HS60提取总RNA并进行质量检测ꎮ分光光
度计检测结果表明ꎬ各样品的总RNA样品OD
260/280
高ꎬ符合后续试验的要求ꎮ
质量分析
对花生籽粒样品HS20、HS35、HS50、HS60进行
转录组测序ꎬ得到的原始数据(Rawreads)经数据过
滤ꎬ除去低质量、接头污染以及未知碱基N含量大
于5%的Readsꎬ得到过滤后数据(Cleanreads)ꎮ各
个时期所得到的Cleanreads占原始数据的94%以
上ꎬ其中Q20高达97%以上ꎬQ30高达90%以上ꎬ说
明转录组测序数据质量较高(表1)ꎬ可进行后续生
物信息学分析ꎮ
在2.04~2.90ꎬRIN/RQN值在9.1~9.4ꎬ其完整性
2.2 不同发育时期花生籽粒转录组文库测序结果
以特定强度在特定时间与空间表达的蛋白质分子ꎮ
hmmsearch检索ꎬ比对出转录因子的蛋白质结构域ꎬ
1.2.7 差异表达基因的RT-PCR验证 通过Tri ̄
zol法提取花生籽粒4个时期的总RNAꎬ采用Aidlab
SynthesisKit)进行反转录操作ꎬ利用Analytikjena-
qPCRsoft3.2软件的Pfafflmethod公式计算ꎮ
公司反转录试剂盒(TUREscript1stStrandcDNA
qTOWER2.2型荧光定量PCR仪进行荧光定量
PCR反应ꎬ各个样品中目的基因相对表达量通过
表1 测序数据统计
Tab.1 Sequencingdatestatistics
样品名称
Sample
name
HS20
HS35
HS50
HS60
原始数据/条
Rawreads
115393658
112885308
115393634
112877182
过滤后数据/条
Cleanreads
109321068
106867224
109313082
107123540
过滤后碱基数量/Gb
Thebasenumber
ofcleanreads
10.93
10.69
10.93
10.71
Q20占比/%
Theproportion
ofQ20
97.95
97.88
97.87
98.03
Q30占比/%
Theproportion
ofQ30
91.03
90.82
90.77
91.27
过滤后数据占比/%
Theproportion
ofcleanreads
94.74
94.67
94.73
94.90
2.3 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的筛选
根据不同发育时期花生籽粒样品基因表达水
平ꎬ检测显著差异表达基因ꎬ结果如图1所示ꎮ在
HS20-vs-HS35中ꎬ差异表达基因总数为25769
个ꎬ其中上调的差异表达基因有3235个ꎬ下调的差
异表达基因有22534个ꎻHS35-vs-HS50中ꎬ差异
表达基因总数为18403个ꎬ其中上调的差异表达基
因有11579个ꎬ下调的差异表达基因有6824个ꎻ
HS50-vs-HS60中ꎬ差异表达基因总数为12308
异表达基因有9073个ꎮ
个ꎬ其中上调的差异表达基因有3235个ꎬ下调的差
图1 不同发育时期花生籽粒差异表达基因火山图
Fig.1 Thevolcanoplotofdifferentialexpressiongenesofthedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
27
2.4 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的GO
2.4.1 GO功能分类 HS20-vs-HS35、HS35-
功能注释分析
tion)、细胞组分(Cellularcomponent)、生物过程(Bi ̄
vs-HS50、HS50-vs-HS60差异表达基因的GO功
能分类结果如图2—4所示ꎬ在HS20-vs-HS35的
差异表达基因中ꎬ参与分子功能(Molecularfunc ̄
18913个ꎻ在HS35-vs-HS50中ꎬ分别有11445、
16336、13383个ꎻ在HS50-vs-HS60中ꎬ分别有
7782、10741、9216个ꎮ
ologicalprocess)的基因分别有15649、22489、
图2 HS20-vs-H35差异表达基因GO分类图
Fig.2 GOclassificationmapofdifferentialexpressiongenesofHS20 ̄vs ̄H35
2.4.2 GO功能富集分析 对不同发育时期的花
HS20-vs-HS35的差异表达基因被富集到5790
生籽粒的差异表达基因进行GO功能富集分析ꎬ
个GO条目中ꎬ其中ꎬ参与生物过程、细胞组分、分子
56.97%、11.94%、31.09%ꎻHS50-vs-HS60的差异
表达基因被富集到4826个GO条目中ꎬ参与生物过
程、细胞组分、分子功能的差异表达基因分别占
以发现ꎬ3个比较组中大多数差异表达基因参与生
物过程ꎬ其次是分子功能ꎬ最后是细胞组分ꎮ3个比
较组中差异表达基因最显著的20个GO富集功能如
图5—7所示ꎮ
57.44%、12.20%、30.36%ꎮ通过分析各组分占比可
12.31%、30.71%ꎻHS35-vs-HS50的差异表达基
因被富集到5301个GO条目中ꎬ参与生物过程、细
功能的差异表达基因含义不同分别占56.98%、
胞组分、分子功能的差异表达基因含义不同分别占
28
河南农业科学第48卷
图3 HS35-vs-HS50差异表达基因GO分类图
Fig.3 GOclassificationmapofdifferentialexpressiongenesofHS35 ̄vs ̄HS50
2.5 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的
KEGGPathway富集分析
对不同发育时期花生籽粒差异表达基因进行
有63、63、43个ꎻ参与不饱和脂肪酸生物合成的分别
31个ꎻ参与脂肪酸代谢的分别有113、98、67个ꎻ参
2.6 基因转录因子家族分类
与花生四烯酸代谢的分别有57、56、34个ꎮ
有45、38、24个ꎻ参与脂肪酸延长的分别有78、54、
KEGGPathway富集分析ꎬ将所有的差异表达基因分
为135类代谢通路ꎬHS20-vs-HS35、HS35-vs-
HS50、HS50-vs-HS60的代谢通路以及差异基因
数量如表2所示ꎮ结果表明ꎬ在代谢通路中ꎬ参与花
生油脂代谢的通路主要有脂肪酸生物合成
脂肪酸延长(ko00062)、脂肪酸代谢(ko01212)、花
生四烯酸代谢(ko00590)等ꎮ其中ꎬ在HS20-vs-
HS35、HS35-vs-HS50和HS50-vs-HS603个比
较组中ꎬ参与脂肪酸生物合成的差异表达基因分别
(ko00061)、不饱和脂肪酸的生物合成(ko01040)、
对具有编码转录因子能力的基因进行预测ꎬ并
对基因所属的转录因子家族进行分类ꎬ结果如表3
所示ꎮ由表3可见ꎬ可能参与油脂合成的转录因子
有ABI3VP1家族、AP2-EREBP家族以及C2C2-
Dof家族的成员ꎬ其中ꎬ属于ABI3VP1家族的转录
因子有154个、属于AP2-EREBP家族的转录因
66个ꎮ
子有236个ꎬ属于C2C2-Dof家族的转录因子有
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
29
图4 HS50-vs-HS60差异表达基因GO分类图
Fig.4 GOclassificationmapofdifferentialexpressiongenesofHS50 ̄vs ̄HS60
图5 HS20-vs-HS35差异表达基因GO富集图
Fig.5 GOenrichmentmapofdifferentialexpressiongenesofHS20 ̄vs ̄HS35
30
河南农业科学第48卷
图6 HS35-vs-HS50差异表达基因GO富集图
Fig.6 GOenrichmentmapofdifferentialexpressiongenesofHS35 ̄vs ̄HS50
图7 HS50-vs-HS60差异表达基因GO富集图
Fig.7 GOenrichmentmapofdifferentialexpressiongenesofHS50 ̄vs ̄HS60
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2 Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko03440
ko03420
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00072
ko00073
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
31
代谢通路名称
Pathwayname
同源重组
Homologous
recombination
核苷酸切除修复
Nucleotideexcision
repair
真核生物核糖体的生物
合成
Ribosomebiogenesisin
eukaryotes
基础转录因子
Basaltranscription
factors
错配修复
Mismatchrepair
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
345
316
183
189
89
94
代谢通路名称
Pathwayname
酮体的合成与降解
Synthesisanddegradation
ofketonebodies
角质、丝氨酸和蜡生物
合成
Cutinꎬsuberineandwax
biosynthesis
甾体生物合成
Steroidbiosynthesis
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
877
454324
ko0300821413784ko00100685441
ko030221248041
ko03430
ko00561
ko03018
ko00563
262
236
332
95
144
168
240
75
71
125
151
37
泛醌及其他萜类醌生物
合成
Ubiquinoneandotherterpe ̄
noid ̄quinonebiosynthesis
氧化磷酸化
Oxidativephosphorylation
光合作用
Photosynthesis
ko001301068183
ko00190
ko00195
ko00220
ko00230
177
55
69
475
163
67
51
328
91
43
65
268
甘油酯代谢
Glycerolipidmetabolism
RNA降解
RNAdegradation
精氨酸生物合成
Argininebiosynthesis
嘌呤代谢
Purinemetabolism
糖基磷脂酰肌醇(GPI)—
锚定生物合成
Glycosylphosphatidylinosi ̄
tol(GPI)—anchorbiosyn ̄
thesis
植物昼夜节律
Circadianrhythm—plant
ko04712202165129
鞘脂代谢
Sphingolipidmetabolism
ko00600
ko00514
126
66
85
45
58
24
甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸
代谢
Glycineꎬserineandthreo ̄
ninemetabolism
单胺菌素生物合成
Monobactambiosynthesis
ko002601379054
ko00261
ko00270
28
176
17
140
10
82
其他类型的O-聚糖
生物合成
OthertypesofO ̄glycanbi ̄
osynthesis
糖酵解/糖异生
Glycolysis/
gluconeogenesis
蛋白酶体
Proteasome
叶酸合成
Folatebiosynthesis
半胱氨酸和蛋氨酸代谢
Cysteineand
methioninemetabolism
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨
酸降解
Valineꎬleucineand
isoleucinedegradation
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨
酸生物合成
Valineꎬleucineand
isoleucinebiosynthesis
赖氨酸生物合成
Lysinebiosynthesis
ko00010236210117ko002801016348
ko030501358454ko00290402311
ko00790
ko00901
ko01502
70
83
9
51
60
10
29
40
6
ko00300
ko00340
ko00350
37
45
92
24
21
82
10
13
59
吲哚生物碱生物合成
Indolealkaloid
biosynthesis
万古霉素耐药性
Vancomycinresistance
组氨酸代谢
Histidinemetabolism
酪氨酸代谢
Tyrosinemetabolism
32
河南农业科学
续表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2(Continued) Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
第48卷
代谢通路名称
Pathwayname
光合-天线蛋白
Photosynthesis ̄
antennaproteins
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00196
ko00780
ko03040
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
22
35
535
21
40
333
9
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通路名称
Pathwayname
苯丙氨酸代谢
Phenylalaninemetabolism
色氨酸代谢
Tryptophanmetabolism
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00360
ko00380
ko00400
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
102
98
91
80
68
76
61
49
52
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
生物素代谢
Biotinmetabolism
剪接体
Spliceosome
19
229
蛋白质输出
Proteinexport
非同源末端连接
Non ̄homologous
end ̄joining
ko03060
ko03450
ko00965
ko00604
81
23
11
65
53
19
7
51
38
7
3
37
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨
酸生物合成
Phenylalanineꎬtyrosineand
tryptophanbiosynthesis
牛胆素与亚牛磺酸代谢
Taurineand
hypotaurinemetabolism
硒化合物代谢
Selenocompound
metabolism
ko00430
ko00450
ko00460
ko00500
12
37
159
477
18
32
124
355
12
73
101
269
甜菜碱生物合成
Betalainbiosynthesis
Ganglio系列鞘糖脂生物
合成
Glycosphingolipid
biosynthesis—ganglioseries
磷脂酰肌醇信号系统
Phosphatidylinositol
signalingsystem
脂肪酸延长
Fattyacidelongation
赖氨酸降解
Lysinedegradation
氰氨基酸代谢
Cyanoaminoacid
metabolism
淀粉与蔗糖代谢
Starchandsucrosemetabo ̄
lism
N-聚糖生物合成
N ̄glycanbiosynthesis
其他聚糖降解
Otherglycandegradation
ko04070
ko00062
ko00310
ko00531
ko00051
ko00565
ko03030
ko04136
ko00250
161
78
109
75
146
78
324
66
93
114
54
78
56
108
54
185
42
79
72
31
36
38
50
29
153
24
68
ko00510
ko00511
ko00520
ko00562
ko00590
ko00591
ko00592
ko00620
ko00630
73
121
279
154
57
48
82
164
140
47
89
230
124
56
53
82
132
97
36
73
193
73
34
75
56
76
81
糖胺聚糖降解
Glycosaminoglycan
degradation
氨基糖与核苷酸糖代谢
Aminosugarandnucleo ̄
tidesugarmetabolism
肌醇磷酸代谢
Inositolphosphate
metabolism
花生四烯酸代谢
Arachidonicacid
metabolism
果糖与甘露糖代谢
Fructoseandmannose
metabolism
醚脂代谢
Etherlipidmetabolism
DNA复制
DNAreplication
亚油酸代谢
Linoleicacidmetabolism
α-亚麻酸代谢
Alpha ̄linolenicacid
metabolism
自噬—其他
Autophagy—other
丙氨酸、天门冬氨酸和谷
氨酸代谢
Alanineꎬaspartateand
glutamatemetabolism
核黄素代谢
Riboflavinmetabolism
硫代谢
Sulfurmetabolism
丙酮酸代谢
Pyruvatemetabolism
ko00740
ko00920
42
57
29
37
20
30
乙醛酸和二元羧酸
盐代谢
Glyoxylateand
dicarboxylatemetabolism
丙酸代谢
Propanoatemetabolism
丁酸代谢
Butanoatemetabolism
ko00640
ko00650
49
36
39
27
34
21
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
续表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2(Continued) Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
33
代谢通路名称
Pathwayname
嘧啶代谢
Pyrimidinemetabolism
磷酸戊糖途径
Pentosephosphatepathway
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00240
ko00030
ko00603
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
388
136
22
250
109
17
195
57
9
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通路名称
Pathwayname
C5支化二元酸代谢
C5 ̄brancheddibasic
acidmetabolism
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00660
ko00670
ko00710
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
17
38
149
11
21
118
6
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
Globoandisoglobo系列鞘
糖脂生物合成
Glycosphingolipidbiosyn ̄
thesis—globoand
isogloboseries
油菜素内酯生物合成
Brassinosteroid
biosynthesis
类黄酮生物合成
Flavonoidbiosynthesis
精氨酸与脯氨酸代谢
Arginineandproline
metabolism
泛素介导的蛋白水解
Ubiquitinmediated
proteolysis
叶酸碳库
Onecarbonpoolbyfolate
光合生物的暗反应
Carbonfixationin
photosyntheticorganisms
41
82
ko00905
ko00941
ko00330
ko04120
ko00564
ko00910
ko00402
ko04122
ko00942
18
108
133
286
164
46
22
22
18
10
94
92
209
127
42
12
19
14
11
72
53
149
70
29
13
9
12
烟酸和烟酰胺代谢
Nicotinateand
nicotinamidemetabolism
ko00760
ko00770
ko00860
ko00900
ko00904
ko00906
ko00940
ko00943
ko00945
51
68
152
116
51
91
352
54
39
33
41
134
76
47
83
269
50
32
28
28
68
52
40
80
250
48
24
泛酸和辅酶A生物合成
PantothenateandCoA
biosynthesis
卟啉与叶绿素代谢
Porphyrinand
chlorophyllmetabolism
萜类骨架生物合成
Terpenoidbackbone
biosynthesis
甘油磷脂代谢
Glycerophospholipidmetab ̄
olism
氮代谢
Nitrogenmetabolism
二萜生物合成
Diterpenoidbiosynthesis
类胡萝卜素生物合成
Carotenoidbiosynthesis
苯丙素生物合成
Phenylpropanoid
biosynthesis
苯并嘿嗪类生物合成
Benzoxazinoidbiosynthesis
硫传递系统
Sulfurrelaysystem
花青素生物合成
Anthocyaninbiosynthesis
异黄酮生物合成
Isoflavonoidbiosynthesis
硫胺素代谢
Thiaminemetabolism
硫代葡萄糖苷生物合成
Glucosinolatebiosynthesis
ko00730
ko00966
30
25
22
22
20
13
二苯乙烯类、二芳基庚烷
类和姜辣素生物合成
Stilbenoidꎬdiarylheptanoid
andgingerolbiosynthesis
异喹啉生物碱生物合成
Isoquinolinealkaloidbio ̄
synthesis
ko00950
ko00960
54
46
41
36
34
26
脂肪酸降解
Fattyaciddegradation
咖啡因代谢
Caffeinemetabolism
ko00071
ko00232
96
13
71
16
40
6
托烷、哌啶和吡啶生物碱
的生物合成
Tropaneꎬpiperidineand
pyridinealkaloidbiosynthesis
氨酰-tRNA生物合成
Aminoacyl ̄tRNA
biosynthesis
ko00970
ko01040
219
45
131
38
117
24不饱和脂肪酸的生物
合成
Biosynthesisofunsaturated
fattyacids
34
河南农业科学
续表2 不同发育时期花生籽粒代谢通路及其差异表达基因数量
Tab.2(Continued) Themetabolicpathwaysandthenumberofdifferentialexpressiongenesof
thedifferentdevelopmentalstagesinpeanutseed
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko00944
ko00908
ko00902
ko00410
ko00440
ko03410
ko00750
ko04145
ko00785
ko04075
ko00909
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
代谢通
路ID号
Pathway
ID
ko01058
ko01200
ko01210
ko01212
ko01230
ko02010
ko03010
ko03013
ko03015
ko03020
ko04016
第48卷
代谢通路名称
Pathwayname
黄酮和黄酮醇生物合成
Flavoneandflavonol
biosynthesis
玉米素生物合成
Zeatinbiosynthesis
单萜生物合成
Monoterpenoid
biosynthesis
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
26
35
14
73
18
143
30
133
7
591
55
24
32
10
53
13
81
24
119
2
426
42
18
21
5
35
3
45
16
59
5
373
32
代谢通路名称
Pathwayname
吖啶酮生物碱生物合成
Acridonealkaloid
biosynthesis
2-羰基羧酸代谢
2 ̄oxocarboxylicacid
metabolism
碳代谢
Carbonmetabolism
HS20-HS35-HS50-
vs-HS35vs-HS50vs-HS60
311
差异表达基因数量/个
Quantityofdifferential
expressiongenes
488
145
113
472
208
388
483
335
171
457
378
97
98
362
155
379
364
237
122
387
258
85
67
257
115
150
257
185
114
316
β-丙氨酸代谢
Beta ̄alaninemetabolism
膦酸盐与磷酸酯代谢
Phosphonateand
phosphinatemetabolism
碱基切除修复
Baseexcisionrepair
脂肪酸代谢
Fattyacidmetabolism
氨基酸生物合成
Biosynthesisofaminoacids
ABC转运蛋白
ABCtransporters
核糖体
Ribosome
RNA转运
RNAtransport
维生素B6代谢
VitaminB6metabolism
吞噬体
Phagosome
硫辛酸代谢
Lipoicacidmetabolism
植物激素信号转导
Planthormonesignal
transduction
倍半萜和三萜生物合成
Sesquiterpenoidand
triterpenoidbiosynthesis
lactoandneolacto系列
鞘糖脂生物合成
Glycosphingolipid
biosynthesis—lactoand
neolactoseries
谷胱甘肽代谢
Glutathione
metabolism
mRNA监测途径
mRNAsurveillance
pathway
核糖核酸聚合酶
RNApolymerase
ko00601631
植物丝裂原活化蛋白激
酶信号通路
MAPKsignaling
pathway—plant
囊泡运输中的SNARE相
互作用
SNAREinteractionsin
vesiculartransport
内质网中的蛋白质加工
Proteinprocessingin
endoplasmicreticulum
内吞作用
Endocytosis
ko04130332520
ko00480
ko00020
ko00040
148
102
198
90
70
167
75
43
117
ko04141
ko04144
ko04146
477
498
178
353
336
152
255
277
99
柠檬酸循环(TCA循环)
Citratecycle(TCAcycle)
戊糖和葡糖醛酸盐相
互转化
Pentoseandglucuronate
interconversions
半乳糖代谢
Galactosemetabolism
过氧化物酶体
Peroxisome
ko00052
ko00053
192
134
148
105
113
78
抗坏血酸与醛酸代谢
Ascorbateandaldarate
metabolism
脂肪酸生物合成
Fattyacidbiosynthesis
植物病原菌互作
Plant ̄pathogeninteraction
ko04626
ko04933
438
60
341
45
381
42
ko00061636343
AGE-RAGE信号通路在
糖尿病并发症中的作用
AGE ̄RAGEsignaling
pathwayindiabetic
complications
第7期陈玉梅等:基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析
表3 基因所属转录因子家族的分类
Tab.3 Classificationoftranscriptionfactorfamiliesofgenes
35
2.7 不同发育时期花生籽粒差异表达基因的RT-
PCR验证
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
序号
No.
转录因子家族
Transcription
factorfamily
ABI3VP1
AP2-EREBP
ARF
ARR-B
Alfin-like
BBR/BPC
BES1
BSD
C2C2-CO-like
C2C2-Dof
C2C2-GATA
C2C2-YABBY
C2H2
C3H
CPP
CSD
DBP
E2F-DP
EIL
FAR1
基因数量
Quantity
ofgenes
154
236
63
19
26
16
17
24
19
66
47
19
110
151
20
4
2
22
12
361
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
序号
No.
转录因子家族
Transcription
factorfamily
FHA
G2-like
GRAS
GRF
GeBP
HB
HRT
HSF
LFY
LIM
LOB
MADS
MYB
NAC
NOZZLE
OFP
PBF-2-like
PLATZ
RWP-RK
S1Fa-like
基因数量
Quantity
ofgenes
49
88
80
24
14
25
2
46
3
23
72
87
359
135
6
27
5
26
34
4
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
序号
No.
转录因子家族
Transcription
factorfamily
SAP
SBP
SRS
Sigma70-like
TAZ
TCP
TIG
TUB
Tify
Trihelix
ULT
VARL
VOZ
WRKY
bHLH
bZIP
mTERF
zf-HD
基因数量
Quantity
ofgenes
1
38
18
17
10
41
20
22
23
78
4
11
8
142
253
34
88
17
达基因和内参基因的引物如表4所示ꎮ由图8可
见ꎬRT-PCR验证的基因表达量变化趋势与转录
组测序结果(表5)中基因表达量的变化趋势基本
一致ꎬ表明转录组测序所得到的数据具有较高的
可靠性ꎮ
为验证转录组测序结果中基因表达量的准确
4个差异表达基因进行RT-PCR验证ꎬ4个差异表
性ꎬ以18SRNA为内参基因ꎬ选取转录组测序中的
表4 RT-PCR验证的差异表达基因及其引物
Tab.4 ThedifferentialexpressiongenesandprimersofRT ̄PCRvalidation
序号
No.
1
2
3
4
5
基因名称
Genename
ahALR
ahLOX
ahLEA
ahHSC
18SRNA
正向引物
Forwardprimer
TCCGCACCAACATCTTCTCGTA
CTATGAAGGCGGAATTAGGCTACC
CGGCGTTGGAGGAGGGATG
TGCTTATGGTGCTGCGGTTCA
CAACCATAAACGATGCCGA
反向引物
Reverseprimer
GTTGATGATGCTGCTTCCTTCCTT
GGTGGTGGAAACTTGAGGACTT
CAGTGGTAGTGGTGGTGGTGG
AAGACTGAGCGGCGTGACATC
AGCCTTGCGACCATACTCC
图8 差异表达基因的RT-PCR验证结果
Fig.8 TheRT ̄PCRvalidationresultsofthedifferentialexpressiongenes
36
河南农业科学
表5 4个转录组测序基因的表达量
Tab.5 Theexpressionoffourgenessequencedbytranscriptome
基因名称Genename
ahALR
ahLOX
ahLEA
ahHSC
HS20
3.67
3.05
10.55
10.64
HS35
551.79
536.18
635.62
27.39
HS50
1960.28
1096.15
2821.43
114.21
HS60
3100.08
1468.16
4727.83
166.70
第48卷
3 结论与讨论
酰ACP合成酶等基因
[28]
ꎮ玉米中过表达ZmLEC1
转录因子可以提高含油量
[29]
ꎮDof(DNAbinding
植物种子中的油脂主要以三酰甘油的形式储
存ꎬ其积累呈慢—快—慢的变化规律
[24 ̄25]
是油脂的重要组成部分ꎬ本研究中发现ꎬ花生不同发
ꎮ脂肪酸
育时期差异表达基因涉及脂肪酸合成的代谢途径主
要有脂肪酸生物合成、不饱和脂肪酸的生物合成、脂
肪酸延长、脂肪酸代谢、花生四烯酸代谢等几种代谢
通路
vs
ꎮ
别有
-HS60
HS20
63、63、43
参与脂肪酸生物合成的差异表达基因分
-vs-HS35、HS35-vs-HS50、HS50-
个ꎬ参与不饱和脂肪酸生物合成的分
54、31
别有45、38、24个ꎬ参与脂肪酸延长的分别有78、
参与花生四烯酸代谢的分别有
个ꎬ参与脂肪酸代谢的分别有
57、56、34
113、98、67
个ꎮ这些
个ꎬ
基因的表达呈现出慢—快—慢的趋势ꎮ如参与脂肪
酸合成代谢的基因fabG在花后20、35、50、60d时的
表达量(ReadsperkbpermillionreadsꎬFPKM)分别
为3.67、551.79、1960.28、2100.08ꎮ参与亚油酸
53.
代谢途径的基因
18、1096.15、1
LOX1
268.
_5
16ꎬ
的表达量分别为
脂肪酸代谢中的
3.
FAD2
05、
基因表达量分别为23.68、153.80、226.88、268.06ꎮ
另外ꎬ参与油脂合成的相关基因和酶中ꎬ催化三酰甘
油合成的最后一步反应的DGAT基因有79个ꎮ其
他参与油脂合成的酶
ACP
ꎬ如酰基ACP硫酯酶(Acyl ̄
羧化酶
thioesterase)
(Phosphoenolpyruvate
基因有11个
carboxylase)
ꎬ磷酸烯醇式丙酮酸
基因有23
个
thase)
ꎬβ-
toacyl ̄ACP
基因有
酮脂酰-ACP合酶(β ̄ketoacyl ̄ACPsyn ̄
相关研究表明
reductase)
3个ꎬβ-
ꎬ多种转录因子在种子油脂合成
基因有
酮脂酰
2
-
个
ACP
ꎮ
还原酶(β ̄ke ̄
过程中起调控作用
[26]
因子在油脂合成和种子成熟过程中相互调节
ꎮABI3、FUS3和LEC2
ꎬ其中
转录
ABI3
ꎬ
脂质的合成
主要参与蛋白质含量的调节
ꎮ另外ꎬLEC2和FUS3
ꎬFUS3
在种子胚的不同
主要调节
发育阶段发挥作用
[27]
因子是
WRI1
AP2/
ꎮWRI1(WRINKLED1)转录
酸激酶
可以上调脂肪酸合成的一组基因
EREBP家族的一员ꎮ拟南芥中过表达
、乙酰辅酶A羧化酶、酰基载体蛋白和酮脂
ꎬ包括丙酮
with
一个高度保守的
onefinger)是植物特有的转录因子
C2-C2单锌指结构ꎬ
ꎬN
能够特异识
末端含有
别启动子序列中的
控脂肪酸的合成
[31]
ꎮ相关研究表明
AAAG/CTTT元件
ꎬDof
ꎬ从而调节植
物基因的表达
[30]
转录因子调
鉴定参与油脂合成调控
ꎮ大豆中已有
ꎬ过表达GmDof4
28个
和
Dof
GmDof11
基因被
基因可以提高乙酰辅酶A羧化酶和长链乙酰辅酶A
合成酶基因的表达ꎬ同时GmDof4和GmDof11基因
转化拟南芥植株的种子中ꎬ
子有ABI3VP1、AP2
ꎮ本研究中
-EREBP、C2C2
ꎬ与油脂合成相关的转录因
总脂肪酸和脂质含量都
有所增加
[32]
-Dof家族的成
员ꎬ分别有154、236、66个ꎮ
本研究中ꎬHS20-vs-HS35、HS35-vs-HS50
25
和HS50-vs-HS60的差异表达基因总数分别是
分别占
769个
12.
、18
55%
403
、62.
个和
92%
12308
和26.
个ꎬ
28%
其中上调表达基因
ꎮ从上述统计
数据可以发现ꎬ在花生籽粒油脂合成前期ꎬ下调差异
表达基因数量(22534)所占比例大ꎬ籽粒油脂积累
缓慢
(11
ꎻ随着籽粒的不断生长ꎬ
利于促进籽粒中油脂的迅速积累
579)所占比例上升ꎬ多于下调差异表达基因
上调差异表达基因数量
ꎻ而到了油脂合成
ꎬ有
后期ꎬ下调差异表达基因数量(9073)所占比例较
大ꎬ又多于上调差异表达基因ꎬ导致了籽粒中油脂合
成速度变慢ꎮ以上数据表明ꎬ花生油脂的积累是个
非常复杂的过程ꎬ受到许多基因和转录因子的共同
调节ꎬ构成了一个非常复杂的调节网络ꎬ其主要功能
基因及其在油脂合成与积累过程的相互关系尚有待
深入研究ꎮ
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