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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

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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

[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

[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]

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

[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-

(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]

[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

[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

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

-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

51

60

10

29

40

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

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

51

38

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

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

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

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

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

591

55

24

32

10

53

13

81

24

119

426

42

18

21

35

45

16

59

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

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

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

46

23

72

87

359

135

27

26

34

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

38

18

17

10

41

20

22

23

78

11

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.

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

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

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

ACP

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

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

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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lycerol

YHꎬGINSBERGHN.Theroleofacyl ̄CoA:Diacylg ̄

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acyltransferaseDGATinenergymetabolism[

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POOTAKHAM

RU

cleotide

Dꎬet

quences

polymorphism

al.Development

WꎬUTHAIPAISANWONGPꎬSANGSRAK ̄

markers

andcharacterizationofsingle ̄nu ̄

ingꎬ2013ꎬ132(6):711 ̄717.

inoilpalm(Elaeisguineensis

from454

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PlantBreed ̄

se ̄

陈昊ꎬ蒋桂雄ꎬ龙洪旭ꎬ等.基于油桐种子3个不同发

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LIU

sisrevealed

QꎬSUN

the

YPꎬCHEN

dynamic

oil

Zꎬ

accumulation

etal.Transcriptome

inSymplocos

analy ̄

paniculata

华方静

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西

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范大

RNase

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分子植物育种ꎬ2016ꎬ14(9):2509 ̄2518.

Complementation

topicexpression

of

of

seed

ABSCISIC

maturation

JꎬBESSOULE

ACID

phenotypes

JJꎬ

INSENSITIVE3

by

etal.

ec ̄

FUSCA3

[28] 

Plant

MAEO

and

and

Cell

LEAFY

Physiologyꎬ2015ꎬ56(6):1215 ̄1228.

COTYLEDON2inArabidopsis[J].

transcription

KꎬTOKUDA

ana

factorꎬWRINKLED1ꎬ

TꎬAYAMEAꎬ

of

et

Arabidopsis

al.AnAP2 ̄type

thali ̄

synthesis[J].

proximal

binds

upstream

tothe

ThePlant

regions

AW ̄box

Journalꎬ2009ꎬ60(3):476 ̄487.

of

sequence

genesinvolved

conserved

infatty

among

acid

[29] SHEN

ZmLEC1

BꎬALLEN

andZmWRI1

WBꎬZHENG

increases

seed

Zꎬet

oil

al.Expression

production

of

in

[30] 

maize[J].

DIAZ

PlantPhysiologyꎬ2010ꎬ153(3):980 ̄987.

The

transcription

GAMYB

IꎬVICENTE ̄CARBAJOSA

protein

JꎬABRAHAMZꎬetal.

cificgenesduring

factor

frombarleyinteractswiththeDOF

seed

BPBF

development[J].

andactivatesendosperm ̄spe ̄

[31] 

nalꎬ2002ꎬ29(4):453 ̄464.

ThePlantJour ̄

IBÁÑEZ ̄SALAZAR

URIBEAꎬetal.Over ̄expression

AꎬROSALES ̄MENDOZA

ofDof ̄typetranscription

SꎬROCHA ̄

factor

[32] 

hardtii

increases

WANG

[J].

HWꎬZHANG

Journal

lipid

ofBiotechnologyꎬ2014ꎬ184:27 ̄38.

productioninChlamydomonasrein ̄

Dof ̄type

BꎬHAOYJꎬetal.Thesoybean

of11ꎬenhance

transcription

lipidcontent

factor

in

genesꎬ

theseeds

GmDof4

oftransgenic

andGmD ̄

Ar ̄

716 ̄729.

abidopsisplants[J].ThePlantJournalꎬ2007ꎬ52(4):

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[17] 

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[19] 

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

[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

[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]

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

[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-

(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]

[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

[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

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

-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

51

60

10

29

40

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

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

51

38

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

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

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

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

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

591

55

24

32

10

53

13

81

24

119

426

42

18

21

35

45

16

59

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

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

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

46

23

72

87

359

135

27

26

34

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

38

18

17

10

41

20

22

23

78

11

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.

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

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

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

ACP

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

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

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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of

of

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ABSCISIC

maturation

JꎬBESSOULE

ACID

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INSENSITIVE3

by

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