高通量测序技术在植物转录组研究中的应用

生物技术

高通量测序技术在植物转录组研究中的应用 曹盈 (辽宁省师范大学生命科学学院,辽宁大连 摘

11608 1

要新一代高通量测序技术相比于传统测序技术具有周期短 !准确性高及成本低等优点,目前已广泛应用到植物转录组的研究中"对

已完成全基因组测序的物种进行转录组测序,可得到基因表达差异 !基因结构优化 !可变剪接 !单核普酸多态性等分析结果并发现新基

因"对无参考基因组的物种进行转录组测序,通过de加ve从头组装,最终拼装出该物种的单一基因序列转录组数据集,为植物分子生物学 的研究提供更多数据依据"

关键词

高通童测序技术;转录组;

植物 B

中图分类号 R 45 0

文献标志码

传统的第一代测序技术是以末端终止法为核心的化学测序法一Sa n g e r法"这种方法在应用过程中存在着很多不足之处"随着越来越多的生物研究领域需要应用到基因组测序,科学家

究水稻愈伤组织 !根尖组织 !茎尖组织及稻穗组织等的基因表达,发现了7 2犯个低丰度表达并具有组织特异性的新转录本及 3 800个可变剪接,为研究复杂的水稻转录机制提供了广泛的 2数据依据l]" se 8 g e r i A, F il c hki i n等对拟南芥进行了转录组深度测

们开始在传统测序方法上不断进行探索和改良,通过对操作程序的优化,使测序通量大幅度提升,研究出了快速 !准确性高

序,发现在拟南芥中至少有4 2%的内含子基因存在可变剪接[ l" 9 i等人应用高通量转录组测序技术对玉米叶片转录组进行了分 L析,发现在玉米叶片的不同发育梯度中约有6 4%的基因发生了 差异表达l,"]"

而且成本低的新一代高通量测序技术f l#. o] 这种测序技术以边合成边测序为核心思想"目前,主要的高通量测序技术有三种: m~ a公司的s o l x a测序, R o e c h e公司

的4 5 4测序以及A B讼司的so L山测序l o l a新一代高通量测序技术可对单个细胞样品中的所有R N A即 整个转录组进行测序,无需繁琐的建库流程,就可以得到高覆

2

无参考基因组的植物转录组测序 不论是否存在参考基因组,高通量转录组测序技术可对样

本中所有转录组进行多重测序,打破了基因芯片技术等其他转录组学研究方法的局限性"无参考基因组的转录组测序又称 d e nov e转录组测序,即对测序所得到的短读序进行d e n o ve从头组装,最终拼装出该物种的单一基因序列转录组数据集"李澄等利用45 4测序技术对西洋参的根组织进行了转录组测 序"并通过re a卜t i m e P CR等实验对测序结果进行进一步的组织

盖度高精度的转录本信息l]"目 4前基于新一代高通量测序技术的 转录组测

序目前已广泛应用到对植物分子生物学研究中"转录组测序除了可捕获低表达基因 !对比不同样品间的基因表达差异,还可以获得转录本表达丰度 !鉴定可变剪接 !确定转录发

生位点 !研究基因融合事件及发现新转录本和转录本SN P等重要信息,其近年来在生物学研究领域引领了一次具有里程碑意 义的科学研究模式革新阎"

特异性表达分析验证,确定了与人参皂昔合成途径最相关的l个 p45o基因与4个皿 P基因四"

1

有参考基因组的植物转录组测序 对已完成全基因组测序的物种进行转录组测序,可将转录

熊丽东等对药用植物红花的种子 !叶片和花等组织进行 了全面的转录组测序,利用所得的un i gen e序列构建了" DN A文库,共获得7 . 5 x l护个克隆,并应用生物信息学的方法从cD N A

组测序的结果与基因组D N A序列进行参考对比,从而可以得到 基因表达差异 !基因结构优化 !可变剪接 !单核昔酸多态性等分析结果并发现新基因"

文库中得到了红花油体蛋白基因的全长序列[]" 2 1郝大程等对中药植物虎杖的根进行了so l exa高通量转录 组测序,对所得短读序进行从头组装注释,得到了86 4 1 8个 u i n ge n e,发现其中有1 2个u n ige n e s参与了甲轻戊酸的生物合成途径, 18个四i ge n e s参与了2一甲基一 D一赤醉糖醇4一磷酸的合成途径, 60个uni genes参与了莽草酸的生物合成途径, 54个unigenes参与了白蔡芦醇的合成途径"这些基因都可能参与了药用活性 无知蕙酿类和白黎芦醇的生物合成,可为未来利用基因工程的

Sa a等运用高通量m um ina转录组测序技术对葡萄果实发育 r 过程的转录组进行了研究"通过对所得数据进行分析,发现了 M Y B转录因子家族的2 8个新基因和5 3个G l ut at hio n e:一 ra t n sf er as e (G ST,谷胧甘肤转移酶 )家族的新基因,发现了38 5个基因具 有可变剪接,并鉴定出8 5 87 0个SN P e]"王刚等对盐胁迫处理前[后的棉花幼苗进行了转录组测序,找到了2 2 3个在盐胁迫条件下表达上调的基因和3 1 7个下调的基因,表明这些基因在棉花适应

手段来提高虎杖中有用成分的含量奠定基础[ l3]"陈小平等应用45 4测序技术对花生的地上果针和两个不同发育时期的地下果针转录组进行了测序,对结果进行基因差异表达分析,共发现了2 19 4个差异表达基因"其中,地上果针和地下果 针分别有85 9和1 06 8个转录本的表达显著性上调"这些结果为花生转录组和功能基因组的研究提供了更多的数据依据l l] ."

盐胁迫的过程中发挥着重要作用,其中有4 5%为未知新基因闭" h a Z n g等通过转录组测序技术对水稻转录组进行了全

面测序来研 作者简介:曹盈 ( 198 8一),在校生,从事植物分子生物学与基因工程方面的研究"收稿日期: 2 0 1 3一 02一巧

闭北京农业 20 1 3年 2月下旬刊

高通量测序技术在植物转录组研究中的应用

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