PacBio 单分子长读长测序揭示了木荷树苗中锰胁迫耐受机制的关键基因

中文名: PacBio 单分子长读长测序揭示了木荷树苗中锰胁迫耐受机制的关键基因

英文名: PacBio Single-Molecule Long-Read Sequencing Reveals Genes Tolerating Manganese Stress in Schima superba Saplings

杂志：Frontiers in Genetics

影响因子：4.599

研究背景

木荷 (Schima superba) 是一种亚热带常绿乔木，被广泛用于森林防火和园艺。同时它是一种耐盐的植物，会在叶子中积累大量的锰。同时该树种生态幅度大，生长迅速。因此基于它极大的生物量，让它具有了极大的土壤修复潜力。

尽管目前已经有大量研究人员报告了 Mn 在植物叶、根和芽中的过度积累现象，但迄今为止对S. superba还未进行过这方面的转录组学分析研究。

研究目的

本研究通过单分子实时测序（SMRT），获得了木荷的全长转录组。利用转录本的功能注释，进行转录因子（TFs）分析、lnRNA预测和简单重复序列（SSR）分析。此外，也提供了木荷基因转录调控的基本情况。本研究不仅有助于以后的功能基因组学研究，同时也对木荷下一步进行基因工程和育种项目提供途径。

材料方法

分别采集移植后1、5 和 10 天后空白对照组与100 mM浓度Mn处理的幼苗样品，6组样品每组三个重复，共18个测序样品；

Pacbio全长转录组测序；

QRT-PCR；

研究结果

01 全长转录组测序结果

上述植物组织RNA提取并进行建库测序后得到测序数据。去除接头序列并进行自校正后，总共获得了 588,479 条CCS序列。之后，分析得到了 511,759 条全长非嵌合 (FLNC) 序列。聚类分析后得到了 163834 个转录本序列，平均读取长度为 2187 bp。准确率大于 97.65% ；

FLNC序列的长度分布

02开放性阅读框（ORF）和AS事件预测

使用 Trans Decoder 软件预测到了约 93,362 个 ORF。总共识别了 78,255 个完整的 ORF，并且对完整的 ORF 的长度分布进行了统计（下图); 另外在通过 SMRT 测序获得的所有转录本中发现了 7,489 个 AS 事件。由于缺乏可用的木荷参考基因组，因此需要在未来的研究中对 AS 事件的形式进行合理分类。

预测到的 CDS 编码蛋白质长度的划分

03LncRNA及转录因子（TF）鉴定

下图分别是预测到的带polyA尾并参与植物生长和应激反应的LncRNA以及基因表达的关键转录因子结果：通过 Pfam、CPC、CPAT 和 CNCI 四种方法，共预测到了 2,011 个lncRNA；预测到的9423个TFs 被分为 64 个家族，木荷转录组中的TFs主要集中在 RLK-Pelle-DLS (473,5.02%), bHLH (278,2.95%), MYB-related (230,2.44%), CAMK-CDPK (218,2.31%) 、C2H2 (218,2.31%)、C3H (202,2.14%)、RWP-RK (189,2.01%)、bZIP (177,1.88%)、TKL-PI-4 (159,1.69%) 和 NAC ( 152,1.61%) 10个转录因子家族中。

通过 CNCI、CPAT、Pfam 和 CPC 蛋白质结构域分析预测的 LncRNA

转录因子家族分类

04 转录本功能注释

使用BLAST将16,3834 个转录本在GO、KOG、Pfam、Swiss-Prot、COG、Nr 和 KEGG 等七种功能数据库进行注释，其中，在KEGG数据库中，大量转录本被注释到了耐盐性和脂肪酸成分相关通路，例如氧化磷酸化（1073）、植物激素信号转导（506）、脂肪酸生物合成（246）、不饱和脂肪酸的生物合成（94）和α-亚麻酸代谢（199）等通路。

KEGG 数据库注释统计