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两种芦竹(Arundo donax L.)的生物量及分子转录水平的差异性分析

邵恩斯 林辉 江书朋 陈碧成 李晶 林洁荣 林占熺

邵恩斯, 林辉, 江书朋, 陈碧成, 李晶, 林洁荣, 林占熺. 两种芦竹(Arundo donax L.)的生物量及分子转录水平的差异性分析[J]. 福建农业学报, 2016, 31(12): 1280-1288. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.12.005
引用本文: 邵恩斯, 林辉, 江书朋, 陈碧成, 李晶, 林洁荣, 林占熺. 两种芦竹(Arundo donax L.)的生物量及分子转录水平的差异性分析[J]. 福建农业学报, 2016, 31(12): 1280-1288. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.12.005
SHAO En-si, LIN Hui, JIANG Shu-peng, CHEN Bi-cheng, LI Jing, LIN Jie-rong, LIN Zhan-xi. Biomasses and Transcript Levels of Aundo donax L. Species[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2016, 31(12): 1280-1288. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.12.005
Citation: SHAO En-si, LIN Hui, JIANG Shu-peng, CHEN Bi-cheng, LI Jing, LIN Jie-rong, LIN Zhan-xi. Biomasses and Transcript Levels of Aundo donax L. Species[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2016, 31(12): 1280-1288. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.12.005

两种芦竹(Arundo donax L.)的生物量及分子转录水平的差异性分析

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.12.005
基金项目: 

福建农林大学国家菌草工程技术研究中心开放课题 JCJJ14012

详细信息
    作者简介:

    邵恩斯(1985-), 男, 博士, 助理研究员, 研究方向:分子生物学

    通讯作者:

    林占熺(1943-), 男, 研究员, 研究方向:菌草工程技术(E-mail:lzxjuncao@163.com)

  • 中图分类号: Q641.1

Biomasses and Transcript Levels of Aundo donax L. Species

  • 摘要: 芦竹Arundo donax L.由于其生长快速、抗逆性强、蛋白含量高等优点,正以重要能源植物的定位受到越来越多的重视。本研究针对本单位收集的源自我国山东省烟台市及福建省福州市永泰县的2种芦竹进行叶片形态、生物量及营养物质含量等生物学特性分析,发现2个芦竹品种在干物质产量、水分含量、纤维含量、粗灰分含量等指标上存在一定差异性。基于上述差异性,对2个芦竹品种的叶片进行Illumina高通量测序分析,构建芦竹转录组数据库。通过de novo的方法对获得的转录组数据进行组装,并预测各组装获得Unigene的开放阅读框,从而获得可能的蛋白氨基酸序列。通过基因表达量差异性分析,筛选2个芦竹品种中表达量差异显著的基因,并将上述基因与Gene Ontology(GO)、Eukaryotic Orthologous Groups of proteins(KOG)及Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)等数据库比对分析,预测差异表达基因的功能及参与的代谢信号通道。针对与生物量及生物乙醇产量相关的代谢途径的分析发现,2个芦竹品种在碳固定光合作用、淀粉/糖代谢及木质素合成相关的信号通道中关键酶基因的表达量上具有显著差异。上述结论从生物学及生物信息学角度分别分析了源自我国不同地域的芦竹品种在生物产量及生物质能源相关指标上的差异性。研究结论为筛选芦竹品种作为优质生物质能源草种提供了依据。
  • 图  1  山东芦竹与福建芦竹叶片形态特征差异

    注:A为山东芦竹叶茎交界处呈乳白色,没有毛刺;B为福建芦竹叶茎交界处呈淡绿色,有毛刺。

    Figure  1.  Morphologies of A. donax leaves originated from Shandong and Fujian

    图  2  山东芦竹与福建芦竹整株产量

    Figure  2.  Yields of A. donaxs originated from Shandong and Fujian

    图  3  芦竹转录组unigene长度分布

    Figure  3.  Distribution in lengths of unigenes derived from A.donax transcriptome

    图  4  差异表达基因火山

    Figure  4.  Volcano plot of differently expressed genes in two A. donax species

    图  5  差异表达基因在GO、KOG及KEGG数据库中的功能注释聚类情况

    注:A为差异表达基因在GO数据库中的功能注释聚类分布;B为差异表达基因在KOG数据库中的功能注释聚类分布;C为差异表达基因在KEGG数据库中的功能注释聚类分布。

    Figure  5.  Annotation clusters in GO, KOG and KEGG database of differently expressed genes

    图  6  芦竹品种转录组中与生物量及生物乙醇相关信号通道基因差异表达情况

    注:红色边框表示山东芦竹叶片转录组中表达量显著高于福建芦竹的酶;绿色边框表示山东芦竹叶片转录组中表达量显著低于福建芦竹的酶;蓝色边框表示与该酶相关的基因在山东芦竹与福建芦竹中表达量互有高低;蓝色背景表示在芦竹转录组中发现的参与该信号通道的酶;方框中的编号为KEGG数据库中的酶编号,可在KEGG数据库中检索(http://www.kegg.jp/kegg/annotation/enzyme.html)。

    Figure  6.  Three biomass and bio-ethanol related signaling pathways in A. donax

    表  1  山东芦竹与福建芦竹整株的化学成分

    Table  1.   Chemical compositions of A. donaxs plant originated from Shandong and Fujian

    品种 生长天数
    /d
    水分
    /%
    粗灰分
    /%
    粗脂肪
    /%
    粗纤维
    /%
    粗蛋白
    /%
    无氮浸出物
    /%
    中性洗涤纤维
    /%
    酸性洗涤纤维
    /%
    山东芦竹 100 6.93 6.17 4.14 33.68 8.45 40.62 67.81 42.84
    130 6.64 6.89 3.16 38.42 6.82 38.07 70.33 45.34
    160 7.05 5.02 4.26 41.62 5.49 36.57 72.15 49.29
    190 5.33 4.54 2.77 42.70 5.36 39.30 73.03 50.65
    220 7.10 5.25 3.28 45.65 3.84 34.88 69.98 47.36
    福建芦竹 100 7.06 5.97 3.95 35.50 9.03 38.49 66.87 41.90
    130 7.64 7.06 4.28 34.80 9.06 37.15 67.14 43.43
    160 6.57 5.25 4.81 38.14 7.36 37.87 69.84 46.25
    190 5.39 4.87 3.43 42.49 6.38 37.44 73.19 51.15
    220 7.01 4.61 3.16 44.23 5.85 35.15 72.58 50.61
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-12
  • 修回日期:  2016-05-14
  • 刊出日期:  2016-12-28

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