基于转录组测序初步揭示天麻生长代谢的分子机制

• 作者: 刘云霞 狄永国 仇全雷 肖舒卉 谭彧文 陈丽梅 徐慧妮 李昆志
• 来源期刊: 中草药
• 关键词: 转录组分析 共生天麻 箭麻 蜜环菌 基因表达 代谢
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 药材与资源|Medicinal Materials
• 页码范围: 827-837
• 页数: 11页
• 分类号: R286
• 语种: 中文
• DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2021.03.026

摘要

目的 以箭麻(天麻Gastrodia elata的一个生长阶段)和共生天麻(白麻与蜜环菌共生的天麻)为实验材料,通过转录组测序分析初步揭示箭麻和共生天麻生长代谢特征.方法 采用Trizol Reagent(Invitrogen)提取天麻样品中的RNA,建立测序文库并利用Illumina HiseqTM2000进行测序,通过与基因数据库比对分析注释和发现差异表达基因.结果 箭麻与共生天麻间共获得72 244条序列,其中有26 312条得到注释.在False Discovery Rate(FDR)＜0.05和|log2FC|＞1筛选条件下,共有12 498条基因发生显著差异表达,其中9000条基因表达上调,3498条表达下调.京都基因和基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)功能富集分析表明,差异基因显著富集在20个代谢途径中,其中包含氮代谢,碳代谢和能量代谢等途径.差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)注释到蛋白相邻类的聚簇(cluster of Orthologous Groups of proteins,KOG)的25个分类中,其中差异表达基因与生长代谢过程相关过程能量的产生和转化(energy production and conversion,C)、碳水化合物转运与代谢(carbohydrate transport and metabolism,G)、次生代谢产物的合成、转运和代谢(secondary metabolites biosynthesis,transport and metabolism,Q)类别获得2218个注释结果.基于转录组数据,分析了生长代谢过程中相关基因差异表达水平,发现有利于碳、氮、能量等物质积累的谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)、天冬酰胺合成酶(asparagine synthetase,ASNS)、蔗糖合成酶(sucrose synthase,SuSy)、可溶性淀粉合成酶(soluble starch synthase,SSS)、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)、己糖激酶(hexokinase,HK)、丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase,PDH),苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase,MDH),异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)基因呈上调表达,除分解ATP的ATP酶(adenosine-triphosphatase,ATPase)上调外,分解氮、碳物质的谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GDH)、精氨酸酶(arginase,Argase)和淀粉酶(amylase,AMS)基因呈下调表达.qRT-PCR分析结果表明这些基因表达水平与转录组表达情况基本一致.相比较于箭麻,共生天麻生长代谢中物质积累比较旺盛.结论 共生天麻通过消解侵入的蜜环菌合成有机营养物质和能量,有利于其从蜜环菌和周围环境吸收营养物质供箭麻生长需要,为进一步研究天麻不同发育阶段代谢特征奠定基础,并为天麻栽培提供理论指导.