镉胁迫下桑树高通量测序及相关结果分析

【作者】 李阳； 赵卫国； 杜秋霞； 郑丹燕； 郭鹏； Adolf Acheampong；

【机构】 江苏科技大学生物技术学院；

【摘要】 镉(Cd)作为一种重金属污染物,被认为是对植物最有毒的物质之一。由于其在水中的高溶解度,能迅速被植物吸收,即使在低浓度下,根部吸收和向营养、生殖器官的转运重金属镉也会对植物芽和根系生长发育、矿质营养吸收代谢产生负影响。植物镉中毒症状为叶子失绿和坏死、根部褐变和细胞凋亡等一系列不良症状。桑树在我国已经有5千年的种植历史,它作为一种重要的经济作物,不仅可以作为家蚕的唯一饲料,还在环境治理中发挥重要的作用,桑树可以吸收土壤中的重金属离子,改善土壤环境,已作为Cd污染治理的树种之一,为此本文从分子生物学角度研究以大10为材料的桑树中的与镉胁迫有关的基因。通过荧光定量PCR,生理生化相关指标测定以及转录组分析等一系列生物学分析,研究了镉胁迫下桑树的基因表达调控。利用POD、SOD、MDA、叶绿素、BCA和PRO等生理生化指标的检测,选择与正常生长差异较大的样品进行转录组测序分析,其结果表明随着镉处理的时间变化,桑树叶中POD、SOD、MDA、叶绿素、BCA和PRO含量均较为明显的差异,桑树根中POD、SOD、MDA、BCA和PRO含量与正常生长的样品相较有差异性变化。经过转录组测序,与正常生长的桑树相比,镉胁迫下桑树的叶中,有712个基因上调,其中有50个Novel基因,通过GO分析差异基因主要与生化过程有关,有579个基因下调,其中有51个Novel基因,通过GO分析差异基因主要与分子功能有关;镉胁迫下桑树的根中,有2735个基因上调,其中有198个Novel基因,通过GO分析差异基因主要与生化过程有关,有676个基因下调,其中有51个Novel基因,通过GO分析差异基因主要与生化过程有关。同时从叶、根实验组的差异基因中各选择12个基因,通过q RT-PCR定量分析,验证了其转录组测序的可靠性。经过microRNA测序,与正常生长的桑树相比,镉胁迫下桑树的叶中,有5个microRNA上调,其中有2个Novel microRNA,有13个microRNA下调,其中有2个NovelmicroRNA;镉胁迫下桑树的根中,有17个microRNA上调,其中有14个NovelmicroRNA;有11个microRNA下调,其中有4个NovelmicroRNA,从叶、根实验组的差异基因中各选择12个microRNA,通过q RT-PCR定量分析,验证了其可靠性。另外根据基因的差异性、KEGG以及GO功能分析结果选择桑树CDPK2以及CNG14基因,克隆了以上2个基因全长,其中CDPK2基因ORF区长度为1824bp,编码607个氨基酸,预测蛋白质分子质量为68.108kD,等电点为5.41;CNG14基因ORF区长度为2235bp,编码744个氨基酸,预测蛋白质分子质量为85.42kD,等电点为8.99。更多还原