基于RNA-Seq技术的湿加松特定时期产脂差异基因筛选及表达分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2021.03.012

植物研究 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (3): 419-428.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2021.03.012

基于RNA-Seq技术的湿加松特定时期产脂差异基因筛选及表达分析

周晨晨¹^,², 李义良¹^,²(), 王哲¹^,², 赵奋成¹^,², 钟岁英³, 林昌明³, 谭志强³, 李福明³, 吴惠姗¹^,², 郭文冰¹^,², 廖仿炎¹^,², 王建革⁴

^1.广东省森林培育与保护利用重点实验室，广州 510520
^2.广东省林业科学研究院，广州 510520
^3.广东省台山市红岭种子园，台山 529200
^4.江西农业大学园林与艺术学院，南昌 330045

收稿日期:2020-04-08 出版日期:2021-05-20 发布日期:2021-03-24
通讯作者: 李义良 E-mail:yiliangli@sinogaf.cn
作者简介:周晨晨（1993—），女，硕士研究生，主要从事林木遗传改良方面的研究。
基金资助:
广东省省级科技计划项目(2017B020232001);广东省林业科技创新专项资金项目(2018KJCX017)

Screening and Expression Analysis of Different Genes for Oleoresin Production in the Specific Period of Pinus elliottii×P.caribaea by RNA-Seq Technology

Chen-Chen ZHOU¹^,², Yi-Liang LI¹^,²(), Zhe WANG¹^,², Fen-Cheng ZHAO¹^,², Sui-Ying ZHONG³, Chang-Ming LIN³, Zhi-Qiang TAN³, Fu-Ming LI³, Hui-Shan WU¹^,², Wen-Bing GUO¹^,², Fang-Yan LIAO¹^,², Jian-Ge WANG⁴

^1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Silviculture，Protection and Utilization，Guangzhou 510520
^2.Guangdong Academy of Forestry，Guangzhou 510520
^3.Taishan Hongling Seed Orchard，Taishan 529200
^4.Jiangxi Agricultural University/College of Landscape and Art，Nanchang 330045

Received:2020-04-08 Online:2021-05-20 Published:2021-03-24
Contact: Yi-Liang LI E-mail:yiliangli@sinogaf.cn
About author:ZHOU Chen-Chen(1993—),female,postgraduate student,major in tree genetic improvement.
Supported by:
Provincial Science and Technology Plan Project of Guangdong Province(2017B020232001);Guangdong Forestry Science and Technology Innovation Special Fund Project(2018KJCX017)

摘要/Abstract

摘要：

湿加松（Pinus elliottii×P.caribaea）是我国南方重要的脂材兼用树种，为挖掘调控湿加松松脂产量的相关基因，在湿加松的产脂高峰期，选取生长量相近但产脂量显著差异的湿加松植株，采集次生木质部组织进行高通量测序，并结合萜类物质合成、转运通路进行分析。结果显示，测序共产生594 108 382条clean reads，经de novo拼接获得190 514条unigenes，有304个unigene与萜类物质的合成有关。经过差异表达分析，得到414个差异表达unigenes，其中183个上调表达，231个下调表达。利用qRT-PCR技术对筛选的基因进行表达量验证分析，发现细胞色素P450、ABC转运蛋白、双功能松脂醇落叶松醇还原酶（PLR）在高脂树中表达量升高，异戊烯基转移酶表达量在低脂树中表达量较高。本研究丰富了湿加松及松科植物的转录本信息，为进一步研究湿加松松脂产量差异的分子机理奠定了重要基础。

关键词: 湿加松, 转录组测序, 产脂基因, qRT-PCR

Abstract:

The experiment was conducted to explore the differential expression of genes which regulate oleoresin synthesis and transport in Pinus elliottii×P. caribaea. At the peak of oleoresin production， P. elliottii×P. caribaea with similar growth but significant differences in oleoresin production of plants were selected， and secondary xylem tissues were collected for high-throughput sequencing platform. The results showed that 594 108 382 clean reads were generated by sequencing. 190 514 unigenes were obtained by de novo splicing， and 304 unigenes were related to the synthesis of terpenoids. The 414 unigenes were obtained， differential expression analysis， including 183 unigenes up-regulated and 231 unigenes down regulated. The genes encoding CYPs， ABC transport proteins， PLR， Strictosidine synthase activity increased in high oleoresin-yielding， while the genes encoding prenyltransferase activity increased in low oleoresin-yielding. This study enriched the transcript information of P. elliottii× P. caribaea， and provided reference value for further study of the molecular mechanism of the difference in P. elliottii×P. caribaea and Pines plant resin production.

Key words: Pinus elliottii×P. caribaea, transcriptome sequencing, oleoresin production genes, qRT-PCR

中图分类号:

S791.244

周晨晨, 李义良, 王哲, 赵奋成, 钟岁英, 林昌明, 谭志强, 李福明, 吴惠姗, 郭文冰, 廖仿炎, 王建革. 基于RNA-Seq技术的湿加松特定时期产脂差异基因筛选及表达分析[J]. 植物研究, 2021, 41(3): 419-428.

Chen-Chen ZHOU, Yi-Liang LI, Zhe WANG, Fen-Cheng ZHAO, Sui-Ying ZHONG, Chang-Ming LIN, Zhi-Qiang TAN, Fu-Ming LI, Hui-Shan WU, Wen-Bing GUO, Fang-Yan LIAO, Jian-Ge WANG. Screening and Expression Analysis of Different Genes for Oleoresin Production in the Specific Period of Pinus elliottii×P.caribaea by RNA-Seq Technology[J]. Bulletin of Botanical Research, 2021, 41(3): 419-428.

图/表 12

表1

表2

表3

表4

表5

表6

图1

图2

表7

表8

表9

图3

参考文献 28

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	产脂量 Yield of oleoresin(g)	树高 Tree height (m)	胸径 DBH (cm)	材积 Volume (m³)
产脂量 Yield of oleoresin(g)	1
树高 Tree height(m)	0.204^*	1
胸径 DBH(cm)	0.389^**	0.791^**	1
材积 Volume(m³)	0.425^**	0.835^**	0.980^**	1

		平方和SS	自由度df	均方MS	F	显著性p
材积 Volume(m³)	组间Between groups	0.021	1	0.021	3.909	0.076
	组内Within groups	0.054	10	0.005
	总计Total	0.075	11
产脂量 Oleoresin(g)	组间Between groups	3 290 302.413	1	3 290 302.413	176.704	0.000
	组内Within groups	186 203.927	10	186 203.927
	总计Total	3 476 506.340	11

样品 Sample	Raw Reads	Clean Reads	Clean Bases	错误率 Error (%)	Q20含量 Q20(%)	Q30含量 Q30(%)	GC含量 GC content(%)
H1	53680890	51782426	7.77G	0.03	97.65	93.34	44.79
H2	53249060	51725948	7.76G	0.03	97.75	93.56	44.71
H3	60645330	58618334	8.79G	0.03	97.69	93.43	44.86
H4	47981110	46300100	6.95G	0.03	97.66	93.37	44.56
H5	48513474	46527430	6.98G	0.03	97.60	93.20	44.57
H6	46606048	44244760	6.64G	0.03	97.60	93.24	44.22
L1	51182036	49598284	7.44G	0.03	97.75	93.56	45.05
L2	48064268	46743400	7.01G	0.03	97.50	93.04	44.85
L3	44098940	42197964	6.33G	0.03	97.46	92.96	45.09
L4	58865662	54092934	8.11G	0.03	97.55	93.16	44.54
L5	52851222	51255740	7.69G	0.03	97.55	93.14	44.95
L6	52687308	51021062	7.65G	0.03	97.48	92.97	44.74

注释类别 Annotation category	基因数 Number of genes	百分比 Percentage(%)
注释到NR数据库 Annotated in NR	87 608	45.98
注释到NT数据库 Annotated in NT	110 155	57.81
注释到KO数据库 Annotated in KO	38 361	20.13
注释到Swiss-Prot数据库 Annotated in Swiss-Prot	86 442	45.37
注释到PFAM数据库 Annotated in PFAM	91 373	47.96
注释到GO数据库 Annotated in GO	91 373	47.96
注释到KOG数据库 Annotated in KOG	23 382	12.27
注释到所有数据库 Annotated in all Databases	10 265	5.38
注释到至少一个数据库 Annotated in at least one Database	144 023	75.59
总基因数 Total unigenes	190 514	100.00

基因编号 Gene ID	FC对数值 log FC	q值 q value	描述 Description
Cluster-37595.96613	5.153 8	0.0091454	ABC transporter C family member
Cluster-37595.128007	-9.396 4	0.0099982	ABC transporter
Cluster-37595.77181	22.432	0.000000000092327	ATP binding
Cluster-37595.89400	24.203	0.0000000000010724	ABC transporter
Cluster-37595.20113	22.805	0.000000000048995	ABC transporter B family member
Cluster-37595.127923	-22.481	0.000000000084192	ADP binding
Cluster-36047.0	25.034	0.00000000000064934	Cytochrome P450
Cluster-31181.0	22.569	0.000000000074589	Cytochrome P450
Cluster-14555.0	4.897	0.0018662	Cytochrome P450

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