基于柿EST和转录组测序的分子标记开发及生物信息分析

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柿(Diospyros kaki Thunb.)原产我国,品种资源丰富。对于柿属植物的系统发育关系已有不少学者利用多种手段探究,但是与其他果树如苹果、梨、桃、柑橘、葡萄相比,柿的基因组信息匮乏,EST序列信息也非常有限(14,189条),分子水平研究相对薄弱。近些年发展起来的高通量测序技术为快速和高效的建立分子基础平台提供了较为便捷的途径。本研究则首先从EST数据库着手,对其信息进行挖掘,建立 EST-SSR、TRAP分子标记,用于柿属植物遗传分析,利用EST序列找寻柿miRNA序列及SNP位点,最后利用454测序技术初步建立‘罗田甜柿’果实乙醇脱涩前后整个基因组的表达图谱,分析表达基因的种类以及数量,以期增加柿属植物的序列信息,对进一步分析与柿单宁生物合成及“凝固作用”相关基因的表达变化模式、探讨主要差异基因与柿果实脱涩的调控关系、揭示中国原产完全甜柿脱涩的基因调控机制,建立较为良好的平台。主要研究结果如下:  (1)2008年搜寻并下载GenBank中柿属植物EST序列共9,474条,miRBase数据库下载已知植物的成熟miRNA序列共1,596条,去重复后得到730条序列,将柿EST与去重复后的已知植物miRNA进行比对,按照筛选标准得到与已知植物成熟miRNA序列错配不大于4的柿EST共156条,利用MFOLD3.2网上预测miRNA前体结构,得到6条miRNA前体二级结构符合条件,柿miRNA靶基因的预测结果显示miR156靶基因为胚胎发育晚期丰富蛋白,miR477靶基因为核糖体蛋白S11, miR475靶基因为染色体结构维持蛋白,其它3条miRNA在柿EST数据库中未搜索到靶基因。  (2)利用Phrap将9,474条柿EST序列组装拼接后得到1,625个contigs和3,776个singlets,SNP位点查找仅在contig中进行,contigs全长885,998 bp。利用Consed软件进行查看分析后,发现92个contigs共含有161个碱基变异位点。按照SNP筛选标准,筛选出含有SNP位点的contigs45个,共包含SNP74个,其中转换52个,占全部SNP的70.3%,颠换22个,占全部SNP的29.7%。  (3)在由10条固定引物和11条随机引物组成的110对引物组合中,首先利用琼脂糖凝胶电泳检测筛选出84个引物组合的扩增条带清晰且易于识别。选择扩增效果好、条带清晰且多态性好的36对引物,在20份柿属植物进行遗传多样性研究,共检测出2,184条谱带,其中94.87%具有多态性。单对引物扩增可产生33-110条清晰可辨的条带(平均为60.67条),多态性条带比例为85.71%-100%,解析强度平均为27.39。经过分析和计算,TRAP标记DI值为0.33,EMR值为24.85,MI值为8.08。UPGMA聚类结果显示,在相似系数为0.72时,栽培柿组可以分为中国原产柿种质和日本原产柿种质两个大组。  (4)应用454 GS FLX Titanium测序技术,以乙醇脱涩后(Tr)及对照(Co)‘罗田甜柿’果实进行转录组测序,Tr和Co文库分别获得624,690和626,203条reads片段,平均读长分别为319 bp和309 bp,合并两个文库数据,组装后得到83,898个unigenes,平均长度为579 bp。Unigene和COG数据库进行比对表明,‘罗田甜柿’果实转录组中的unigene根据功能大致可分为24类,unigene根据GO功能大致可分为生物学过程、细胞组分和分子功能3大类47分支,利用KEGG数据库作为参考,依据代谢通路可以将转录组中的数据分成242类。分别有123、62和496个unigene映射到苯丙烷类生物合成、类黄酮类生物合成和糖酵解这3个代谢路径。在83,898个unigene中,处理和对照文库中差异表达的unigene共有3,639个,其中处理相对于对照上调表达的有1,560个,下调表达的有2,079个。  (5)由GenBank下载的EST序列经前处理及SeqMan拼接组装后得到5087条无冗余序列,序列总长2337.51Kb。从这些序列中搜索共得到337个SSR位点,共设计116对SSR引物,以六种柿基因型DNA为模板扩增,筛选出14对多态性引物。用这14对SSR引物对20份柿属材料进行遗传多样性分析,共检测出118条谱带,其中97.46%(115条)具有多态性。EST-SSR标记DI值为0.34,有效多重系数EMR值为3.65,标记指数MI值为1.25。UPGMA聚类显示在相似系数为0.71时,栽培柿组大致可以分为中国原产柿种质和日本原产柿种质两个大组。用其中11对EST-SSR引物对20个柿近缘种材料进行标记通用性检测,所有引物均能扩增出产物,且多态性引物比例为100%,说明柿EST-SSR引物对其近缘种可通用。根据转录组测序数据,在83,898条unigene中,共查找出42,711个SSR,共设计引物289对,以15份柿材料为模板扩增,筛选得到多态性引物98对。扩增片段大小在100-300 bp之间,共扩增599条谱带,多态性条带比例91.4%。
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