中國垂乳銀杏種質(zhì)資源及垂乳發(fā)生轉錄組分析.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、生態(tài)及科研價值。銀杏在進化中的特殊地位，使其在植物分類學、系統(tǒng)進化、形態(tài)解剖及生物學等方面具有重要的研究價值。銀杏經(jīng)過漫長的歷史進化及人為干預，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養(yǎng)儲存的功能對于銀杏物種的保存有重要意義，已成為許多生物學、生態(tài)

2、學、植物學、林學等諸多學者研究的對象，具有重要的科研及觀賞價值。
　　目前，關于銀杏垂乳的研究主要集中在形態(tài)觀察、發(fā)育解剖、組織化學等方面，中國垂乳銀杏種質(zhì)資源豐富，但其資源分布特點及發(fā)生的分子機制尚未見報道。本研究對全國垂乳銀杏資源和分布特點、垂乳銀杏與環(huán)境因子的關系，垂乳銀杏的生長特性和再生特性進行了系統(tǒng)分析。在前期調(diào)查基礎上，選取兩個發(fā)育時期的根生垂乳進行轉錄組（RNA-seq）測序，分析其轉錄組信息及差異表達基因，探討與銀

3、杏垂乳發(fā)生相關的基因，并利用 qRT-PCR技術對隨機挑選的差異表達基因進行驗證，研究結果為理解銀杏垂乳的發(fā)生機制提供了理論基礎，豐富了銀杏的遺傳信息。本研究的主要結果如下：
　?。?）調(diào)查了348株中國垂乳銀杏，分布在中東部的19個省份，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，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）及對照樣品（ck）建立了9個cDNA文庫，并利用 Illumina Hiseq4000測序平臺首次

5、對其進行轉錄組測序，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軟件對所有的clean reads進行從頭組裝，共組裝了68,277條unigene，平均長度844bp。為了評估組裝的有效性，利用 Bo

6、wtie2軟件將文庫的 reads與組裝轉錄組序列比對，有390,849,371條reads（94.56%）能比對上，說明組裝的可靠性較高。
　　（3）將組裝得到的 Unigene序列與 NR， NT， UniProt， eggNOG， COG， GO，和 KEGG等數(shù)據(jù)庫進行比對，有35,139條 unigenes（51.47%）至少在一個數(shù)據(jù)庫中得到注釋。23,258條 unigenes注釋到 GO數(shù)據(jù)庫中的生物學進程、細胞組

7、分和分子功能3個大類中的67個小類，大部分的unigenes被注釋到細胞部分、細胞進程、代謝過程、蛋白結合和催化活性。有12,949條 unigenes被注釋到 COG數(shù)據(jù)庫中的25個分類中，其中注釋到一般功能預測的 unigenes數(shù)量最多，共有1727條 unigenes，占13.34%，其次是復制、重組和修復，有1102條 unigenes，占8.51%，翻譯、核糖體結構和生物合成，有1087條 unigenes，占8.39%，翻

8、譯后修飾、蛋白質(zhì)周轉和分子伴侶，有1008條 unigenes，占7.78%。在轉錄組中發(fā)現(xiàn)939個 SSR位點，發(fā)生頻率為1.38%，二核苷酸和三核苷酸重復類型是垂乳銀杏SSR的優(yōu)勢重復基元類型。
　?。?）對差異表達基因進行GO富集分析，較多的基因富集在細胞部分、細胞進程和蛋白結合，其中有接近200條 unigenes與生長素活動相關，有超過600條 unigenes與細胞周期相關。在KEGG數(shù)據(jù)庫中，ch1 vs. ck的差

9、異基因注釋到198個代謝或信號通路，ch2 vs.ck的差異表達基因注釋到254個代謝或信號通路，其中最富集的通路是核糖體、肌動蛋白骨架調(diào)節(jié)和細胞周期。在ch1比對ck的差異表達基因中，預測出50個轉錄因子家族。在ch2比對ck的差異表達基因中，預測出55個轉錄因子家族。
　?。?）通過對銀杏垂乳發(fā)生過程的差異表達基因進行分析，我們發(fā)現(xiàn)參與生長素活動、淀粉、脂類合成和細胞周期等相關基因及部分轉錄因子家族如 bHLH、B3、MYB和