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客户文章 | 月季比较转录组分析助力盐胁迫下关键基因和信号通路的研究
发表单位：唐山师范大学 发表日期：2021年5月12日 发表杂志：Agronomy Journal（IF: 2.243） 2021年5月12日，唐山师范大学生命科学系包颖老师在杂志Agronomy Journal（IF: 2.243）发表题为“Comparative transcriptome analysis of Rosa chinensis ‘Old Blush’provides insights into the crucial factors and signaling pathwaysin salt stress response”的研究论文。该研究系统分析了盐胁迫下不同处理时间月季的差异遗传信息，探索其抗盐的分子机制。爱基百客为其提供了RNA-seq的技术支持。
研究背景 月季是中国十大传统花卉之一，是世界领先的切花，也是重要的园林花卉之一，被誉为“花中女王”。月季的生长发育和优质生产是月季能否获得高产的核心问题。遗传背景和抗性信息的不足阻碍了花卉质量的改良，大多数品种的抗性水平仍然低于预期水平。该研究聚焦于高盐胁迫下关键基因和信号通路的变化，补足了月季抗性遗传信息。 研究思路
1. 测序结果分析 作者选取了高盐（200 mmol/L NaHCO3）处理0h、2h、24h和48h的叶片和根组织进行RNA-seq，然后对测序数据进行质量评估和统计分析。 2. 不同时期差异遗传分析 作者随后利用测序数据进行差异表达基因分析（不同时期比较）。根部差异表达基因有14633个，叶片差异表达基因有14442个。与对照组相比较，2h时期差异基因最少，48h时期差异基因最多。上调表达的基因数目随着时间的推移先增加后减少，而下调表达的基因随时间而增加；24h时期表达基因增加的数目最多（图1）。作者也对3个处理时期的差异基因进行了统计分析。 作者还对不同时期不同组织的差异基因进行相关性分析（图2），叶与根的基因表达的差异趋势类似。总的差异基因表达大致分为三种模式:2h表达减少、24h表达增加和48h表达最大。
图2. 差异基因热图表现根和叶片的表达相关性 3. GO和KEGG分析 作者对LCK vs. L48、RCK vs. R48的KEGG直系同源和GO差异进行了分析，结果如图4 和图5。差异表达基因的信号通路分类结果如图5，作者重点分析了每个处理时期叶片和根部的前10富集通路。
图3. KEGG直系同源分析LCK vs. L48 RCK vs. R48（L代表叶片，R代表根）
图4. GO分析 LCK vs. L48 RCK vs. R48（L代表叶片，R代表根）
图5. 差异表达基因的通路分类 4. 信号通路相关的差异基因 作者对钙信号通路、MAPK信号通路、植物信号转导等相关的差异基因做了分析。比如，在叶片内钙信号通路相关基因大部分在24 h开始表达，在48 h上调表达最多。叶片中，MAPK信号通路相关基因大部分在24h开始上调表达，在根中MAPK信号通路与少数基因有关，比如HSP70，它是在2h开始表达。在叶片中，大部分植物激素信号转导相关基因在24h开始表达；而在根中是在48h开始。 5. ROS可清除相关差异基因表达 过氧化物酶体、抗坏血酸和醛酸代谢相关基因在叶片中表达差异较大，而在根中表达差异较小。作者对多个抗氧化酶分析，结果表明盐胁迫2 h诱导叶片中过氧化物酶和星形脂肪酸的活性氧清除反应，24-48 h后逐渐增强，而根在48 h后开始产生活性氧清除反应。 6. 差异转录因子表达 作者统计分析叶片和根中差异转录因子，在叶片和根中差异转录因子MYB、WRKY、NAC、bHLH、AP2/ERF、bzip和GRAS差异最多。大部分转录因子在根中差异较叶片多一些，尤其是NAC、AP2/ERF和GRAS类。而叶片中，MYB转录因子差异表达数量最多，上调表达数量较高（表2）。
图6. 火山图展示差异表达基因
表2 不同处理时间叶片和根中上调和下调的转录因子数目 7. RT-PCR验证分析 作者选取了NAC、NAC2、NAC3、NAC4、MYB1、MYB2、MYB3、MYB4、MYB5做RT-PCR，结果基本上与测序表达分析一致。
结语该研究选取了月季盐胁迫下不同时期叶片和根做RNA-seq测序，分析了不同处理时间的差异基因、转录因子和信号通路。为月季的抗盐机制提供了全面系统的遗传信息，同时为今后月季品种改良打下了基础。 |
