中國(guó)垂乳銀杏種質(zhì)資源及垂乳發(fā)生轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、銀杏（Ginkgo biloba L.）屬裸子植物，是銀杏科唯一保存下來的樹種，具有重要的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及科研價(jià)值。銀杏在進(jìn)化中的特殊地位，使其在植物分類學(xué)、系統(tǒng)進(jìn)化、形態(tài)解剖及生物學(xué)等方面具有重要的研究?jī)r(jià)值。銀杏經(jīng)過漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)化及人為干預(yù)，發(fā)生了一些變異，形成了許多不同的品種。垂乳銀杏作為銀杏家族中重要的特異種質(zhì)，能夠在其樹干、主枝或根莖交界處著生垂乳，其具有的克隆更新及營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)存的功能對(duì)于銀杏物種的保存有重要意義，已成為許多生物學(xué)、生態(tài)

2、學(xué)、植物學(xué)、林學(xué)等諸多學(xué)者研究的對(duì)象，具有重要的科研及觀賞價(jià)值。
　　目前，關(guān)于銀杏垂乳的研究主要集中在形態(tài)觀察、發(fā)育解剖、組織化學(xué)等方面，中國(guó)垂乳銀杏種質(zhì)資源豐富，但其資源分布特點(diǎn)及發(fā)生的分子機(jī)制尚未見報(bào)道。本研究對(duì)全國(guó)垂乳銀杏資源和分布特點(diǎn)、垂乳銀杏與環(huán)境因子的關(guān)系，垂乳銀杏的生長(zhǎng)特性和再生特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。在前期調(diào)查基礎(chǔ)上，選取兩個(gè)發(fā)育時(shí)期的根生垂乳進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組（RNA-seq）測(cè)序，分析其轉(zhuǎn)錄組信息及差異表達(dá)基因，探討與銀

3、杏垂乳發(fā)生相關(guān)的基因，并利用 qRT-PCR技術(shù)對(duì)隨機(jī)挑選的差異表達(dá)基因進(jìn)行驗(yàn)證，研究結(jié)果為理解銀杏垂乳的發(fā)生機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)，豐富了銀杏的遺傳信息。本研究的主要結(jié)果如下：
　　（1）調(diào)查了348株中國(guó)垂乳銀杏，分布在中東部的19個(gè)省份，以西南地區(qū)的貴州、云南、四川和重慶為集中分布區(qū)，共236株，占總株數(shù)的67.82％，其中雌株271株，占80.18%。樹高集中在10-40 m，胸徑1.0-3.0 m，年齡100-2000 a，

4、平均冠幅10-30 m。垂乳一般呈圓柱或圓錐狀，著生于樹枝、樹干或根莖交界處，分別被稱為枝生垂乳、干生垂乳和根生垂乳，垂直向下生長(zhǎng)，其被切割后，可以再生大量的垂乳；在年均溫14-16℃、年均日照時(shí)數(shù)1000-2500h和年降水量1100-1400mm的氣候類型下垂乳銀杏發(fā)生較多。
　?。?）利用銀杏根生垂乳組織樣品（ch1和 ch2）及對(duì)照樣品（ck）建立了9個(gè)cDNA文庫(kù)，并利用 Illumina Hiseq4000測(cè)序平臺(tái)首次

5、對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，共獲得57.74G Clean Bases，ch1樣本140,017,690條clean reads，ch2樣本137,880,834條clean reads，ck樣本135,427,810條 clean reads，GC含量大于41%，Q30值都在96.9%以上。用Trinity軟件對(duì)所有的clean reads進(jìn)行從頭組裝，共組裝了68,277條unigene，平均長(zhǎng)度844bp。為了評(píng)估組裝的有效性，利用 Bo

6、wtie2軟件將文庫(kù)的 reads與組裝轉(zhuǎn)錄組序列比對(duì)，有390,849,371條reads（94.56%）能比對(duì)上，說明組裝的可靠性較高。
　?。?）將組裝得到的 Unigene序列與 NR， NT， UniProt， eggNOG， COG， GO，和 KEGG等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，有35,139條 unigenes（51.47%）至少在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到注釋。23,258條 unigenes注釋到 GO數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物學(xué)進(jìn)程、細(xì)胞組

7、分和分子功能3個(gè)大類中的67個(gè)小類，大部分的unigenes被注釋到細(xì)胞部分、細(xì)胞進(jìn)程、代謝過程、蛋白結(jié)合和催化活性。有12,949條 unigenes被注釋到 COG數(shù)據(jù)庫(kù)中的25個(gè)分類中，其中注釋到一般功能預(yù)測(cè)的 unigenes數(shù)量最多，共有1727條 unigenes，占13.34%，其次是復(fù)制、重組和修復(fù)，有1102條 unigenes，占8.51%，翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物合成，有1087條 unigenes，占8.39%，翻

8、譯后修飾、蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和分子伴侶，有1008條 unigenes，占7.78%。在轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)939個(gè) SSR位點(diǎn)，發(fā)生頻率為1.38%，二核苷酸和三核苷酸重復(fù)類型是垂乳銀杏SSR的優(yōu)勢(shì)重復(fù)基元類型。
　　（4）對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO富集分析，較多的基因富集在細(xì)胞部分、細(xì)胞進(jìn)程和蛋白結(jié)合，其中有接近200條 unigenes與生長(zhǎng)素活動(dòng)相關(guān)，有超過600條 unigenes與細(xì)胞周期相關(guān)。在KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中，ch1 vs. ck的差

9、異基因注釋到198個(gè)代謝或信號(hào)通路，ch2 vs.ck的差異表達(dá)基因注釋到254個(gè)代謝或信號(hào)通路，其中最富集的通路是核糖體、肌動(dòng)蛋白骨架調(diào)節(jié)和細(xì)胞周期。在ch1比對(duì)ck的差異表達(dá)基因中，預(yù)測(cè)出50個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族。在ch2比對(duì)ck的差異表達(dá)基因中，預(yù)測(cè)出55個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族。
　?。?）通過對(duì)銀杏垂乳發(fā)生過程的差異表達(dá)基因進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)參與生長(zhǎng)素活動(dòng)、淀粉、脂類合成和細(xì)胞周期等相關(guān)基因及部分轉(zhuǎn)錄因子家族如 bHLH、B3、MYB和