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玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析玫瑰茄是一种受欢迎的果蔬，不仅味道鲜美，而且还具有丰富的营养价值。
其营养成分中含有丰富的花青素，对人体健康有益。
近年来，随着转录组测序技术的发展，科研人员开始利用该技术对玫瑰茄中花青素合成相关基因进行研究，以深入了解其合成机制和调控网络。
本文将对玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析进行详细介绍。
一、玫瑰茄转录组测序的意义转录组测序是利用高通量测序技术对某一生物体细胞内全部mRNA进行测序，并借助生物信息学工具对所获数据进行分析和解读的过程。
对于玫瑰茄而言，转录组测序的意义在于可以全面了解其基因组内部包括非编码RNA的全部信息，包括基因表达水平、剪接变异和新基因的发现等。
通过转录组测序技术的应用，可以将揭示玫瑰茄特异的基因转录调控网络，加快对花青素合成相关基因的挖掘和研究。
二、玫瑰茄花青素合成相关基因花青素是一类重要的植物次生代谢产物，具有抗氧化、抗炎和抗癌等生物活性，对人体健康有很多益处。
在植物中，花青素的合成主要是通过花青素生物合成途径进行的。
在玫瑰茄中，参与花青素合成的主要酶和相关基因包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、4-羟基苯丙酮还原酶（4CL）、肉桂醇-共酶A 还原酶（C4H）、花青素合酶（CHS）、花青素苷合酶（CHI）、桔梗素合酶（F3H）、桔梗素3'-氧化酶（F3′H）、桔梗苷7-O-甲基转移酶（7OMT）等。
这些基因在花青素合成途径中发挥着重要的作用，通过基因表达分析可以更深入地了解它们在玫瑰茄中的功能和调控。
三、玫瑰茄花青素合成相关基因表达分析通过转录组测序技术，科研人员可以利用RNA测序数据对玫瑰茄中花青素合成相关基因进行表达分析。
在实验设计和数据分析方面，通常可以采用差异表达分析、共表达网络分析和功能富集分析等手段。
差异表达分析可以筛选出在特定生理状态下表达水平显著变化的基因，从而找到与花青素合成相关的关键基因。
共表达网络分析可以揭示基因之间的互作关系，帮助理解基因调控网络。
基于转录组测序分析葡萄籽原花青素对HepG2细胞基因及其
相关功能的影响
郑万财;党斌;张迹;罗巧玉;冯作山
【期刊名称】《食品与机械》
【年(卷),期】2024(40)3
【摘要】目的:基于转录组测序分析葡萄籽原花青素对HepG2细胞基因及相关功能的影响,明确原花青素处理HepG2细胞的关键基因及代谢通路。
方法:通过转录组测序,筛选差异基因,基因功能注释和KEGG通路的富集分析,进行葡萄籽原花青素处理细胞后的转录组学研究。
结果:葡萄籽花青素处理HepG2细胞后主要富集到的生物学过程为细胞过程、代谢过程、生物调控过程、免疫系统过程、繁殖调节、生长调节。
细胞凋亡的12个关键差异基因与TNF、p53、MAPK、PI3K-Akt、NF-κB信号通路密切相关。
结论:细胞凋亡与TNF信号通路、p53信号传导途径、PI3K/Akt信号通路、NF-κB信号通路、MAPK信号通路密切相关。
【总页数】8页(P188-195)
【作者】郑万财;党斌;张迹;罗巧玉;冯作山
【作者单位】青海大学农林科学院青藏高原种质资源研究与利用实验室;青海省青藏高原农产品加工重点实验室;淮阴师范学院生命科学学院;青海师范大学生命科学学院;新疆农业大学食品科学与药学学院
【正文语种】中文
【中图分类】R73
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4.7免疫互作相关基因4.基于单细胞RNA测序和空间转录组测序分析矽肺中巨噬细胞差异基因及其功能
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《基于转录组分析锁阳花序不同发育期花青素合成途径》篇一一、引言花青素是一种重要的植物色素，具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗癌等。
锁阳是一种具有重要药用价值的植物，其花序在发育过程中会产生大量的花青素。
然而，对于锁阳花序中花青素合成途径及其相关基因的表达调控机制，目前尚不完全清楚。
本研究通过转录组分析技术，对锁阳花序不同发育期花青素合成途径进行了深入研究，旨在揭示其合成机制及相关基因的表达模式。
二、材料与方法1. 材料：选取锁阳不同发育期的花序作为实验材料。
2. 方法：（1）转录组测序：对锁阳花序不同发育期的样品进行转录组测序，获取基因表达数据。
（2）数据分析和基因筛选：对转录组数据进行处理和分析，筛选出与花青素合成相关的基因。
（3）实时荧光定量PCR（qRT-PCR）：验证筛选出的基因在锁阳花序不同发育期的表达情况。
三、结果与分析1. 转录组数据分析结果：通过对锁阳花序不同发育期的转录组数据进行处理和分析，我们发现了许多与花青素合成相关的基因。
这些基因在花青素合成途径的不同阶段发挥重要作用。
2. 花青素合成途径的基因表达：在花青素合成途径中，关键酶基因如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合酶（CHS）、黄酮醇合酶（F3H）等在不同发育期的锁阳花序中表达水平存在显著差异。
这些基因的表达模式与花青素的积累密切相关。
3. 关键基因的筛选与验证：通过qRT-PCR验证，我们发现筛选出的关键基因在锁阳花序不同发育期的表达情况与转录组数据基本一致。
这表明我们的研究结果可靠，且具有较高的准确性。
四、讨论本研究通过转录组分析技术，对锁阳花序不同发育期花青素合成途径进行了深入研究。
我们发现，在花青素合成过程中，关键酶基因的表达水平在不同发育期存在显著差异。
这些基因的表达调控对于花青素的合成和积累具有重要影响。
此外，我们还发现了一些与花青素合成相关的其他基因，这些基因可能参与花青素的转运、代谢和调控等过程。
五、结论本研究揭示了锁阳花序不同发育期花青素合成途径及相关基因的表达调控机制。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析1. 转录组测序的分析结果本研究实验中，玫瑰茄的转录组测序数据经过初步的过滤和清洗后，共得到了48,731个有效的基因序列，其中包括未注释的新基因和已知的物种参考基因。
使用Trinity软件进行拼接后，得到了31,127个Unigene序列。
通过BLAST序列比对分析，将玫瑰茄的Unigene序列映射到Swiss-Prot数据库，共有24,648个Unigene序列匹配到了已知的蛋白质序列，其余序列可能是未知的蛋白序列或RNA序列。
通过对玫瑰茄转录组测序数据的进一步分析，筛选出了已知与花青素合成相关的基因家族。
在花青素合成途径中，苯丙氨酸途径和酚酸途径都是比较重要的途径。
在苯丙氨酸途径中，c4h、4cl、chs、chis、f3h、dfr、ans、uf3gt等基因均参与了花青素合成的过程。
在酚酸途径中，pal、c4h、4cl、chalcone synthase 的表达对花青素合成是至关重要的。
对于这些基因的表达情况，使用表达量单位为FPKM（每百万个可测序列片段比对到该基因的数量），在花青素合成过程中，chs和chis的表达水平较为稳定，表达量较高，且在花青素前体物质紫烷醇的合成中具有重要作用。
而f3h、dfr、ans等基因的表达量较低，但在花青素合成过程中仍然起到关键的作用。
在酚酸途径中，pal、c4h、4cl的表达水平也比较稳定，在花青素前体物质的合成中具有重要作用。
3. 负调控因子的筛选与表达分析花青素合成过程中，还存在一些负调控因子，如Myb、BHLH和WD40等家族基因，在花青素前体物质的转录调控和蛋白质合成等方面具有重要作用。
在玫瑰茄的转录组数据中，检索到了多个这些基因家族的成员，如Myb1、Myb4、Myb8、BHLH150、BHLH152等等，这些基因的表达水平与花青素的合成呈负相关，对花青素的合成起到了抑制作用。
4. 结论通过对玫瑰茄转录组测序数据的分析，本研究筛选了花青素合成途径中的若干关键基因以及负调控因子，并分析了这些基因的表达情况，可为进一步研究玫瑰茄花青素合成和调控机制提供重要的理论基础和实践指导，有望为其高效合成和栽培提供有力支撑。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析【摘要】本研究利用转录组测序技术对玫瑰茄进行了分析，发现了与花青素合成相关的基因。
通过对这些基因的表达分析，揭示了花青素合成途径及其代谢途径调控机制。
同时对关键基因的功能进行研究，探讨了其在花青素合成中的作用。
通过表达谱分析，进一步揭示了玫瑰茄转录组在花青素合成过程中的表达模式。
本研究的发现为深入解析玫瑰茄花青素合成机制提供了重要参考，并为进一步研究玫瑰茄的代谢途径调控机制提供了理论基础。
未来可以通过进一步的实验证实这些发现，并探索新的调控机制，为玫瑰茄的栽培与利用提供理论支持。
【关键词】玫瑰茄，转录组测序，花青素，基因表达分析，代谢途径，表达谱分析，功能研究，调控机制，发现，未来研究展望。
1. 引言1.1 研究背景概述:玫瑰茄是一种重要的作物，具有丰富的药用和营养价值。
花青素是玫瑰茄中的一种重要生物活性成分，对人体健康具有重要意义。
近年来，随着测序技术的发展，转录组测序已经成为研究植物基因表达的重要工具。
花青素合成是玫瑰茄中的关键代谢途径之一，相关基因的表达水平直接影响花青素的合成和含量。
对玫瑰茄转录组进行测序分析以及花青素合成相关基因的表达分析具有重要意义。
过去的研究表明，花青素合成途径是一个复杂的代谢途径，涉及多个基因的调控和表达。
关于玫瑰茄中花青素合成相关基因的表达调控机制及相关代谢途径的研究仍然相对有限。
本研究旨在通过对玫瑰茄转录组进行测序分析和花青素合成相关基因表达分析，探究关键基因的功能及代谢途径的调控机制，并最终通过表达谱分析揭示这些基因的表达模式和调控网络，为进一步揭示玫瑰茄花青素合成途径提供重要参考。
1.2 研究意义玫瑰茄是一种具有重要药用和经济价值的植物，具有抗氧化、抗炎和抗癌等多种生理活性成分，其中花青素是一类重要的生理活性成分。
通过对玫瑰茄进行转录组测序及花青素合成相关基因表达分析，可以深入了解玫瑰茄的基因组结构和代谢途径。
这不仅有助于揭示玫瑰茄中花青素的合成机制，还可以为进一步开发玫瑰茄的药用和保健功能提供理论依据。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析玫瑰茄（Solanum lycopersicum）是一种重要的蔬菜作物，也是研究植物进化和基因调控的模式植物之一。
近年来，随着高通量测序技术的发展，转录组测序成为研究玫瑰茄基因表达的重要方法。
在这篇文章中，我将介绍转录组测序及花青素合成相关基因表达分析的基本原理和方法。
转录组测序是利用高通量测序技术对细胞或组织中的RNA进行测序，从而获得所有基因的表达信息。
在玫瑰茄中，我们可以通过转录组测序来探究其在不同生长阶段，不同组织和不同环境条件下的基因表达差异。
我们需要提取玫瑰茄组织中的总RNA，并经过质量控制和纯化处理，获得高质量的RNA样本。
然后，我们将RNA样本转录成cDNA，并对cDNA 进行文库构建。
我们使用高通量测序技术对cDNA文库进行测序，并获得大量的短序列数据。
得到转录组测序数据后，我们就可以进行基因表达分析了。
我们需要对测序数据进行质量控制和预处理，去除低质量的序列和适配体序列。
然后，我们使用生物信息学工具将清洗后的测序数据比对到玫瑰茄的参考基因组上，得到每个基因的表达水平。
接下来，我们可以使用不同的统计方法来筛选出差异表达基因。
可以使用DESeq、edgeR等工具来计算每个基因的表达差异，并进行假设检验。
通过比较不同样本之间的基因表达差异，我们可以找到一些与玫瑰茄花青素合成相关的基因。
花青素是一类重要的天然色素，在植物的花朵、果实和叶子中广泛存在。
在玫瑰茄中，花青素的合成是一个复杂的过程，涉及多个基因的调控。
通过转录组测序和基因表达分析，我们可以鉴定出参与花青素合成的关键基因，并了解它们在不同生长阶段和组织中的表达模式。
进一步的功能研究可以揭示这些基因在花青素合成途径中的具体作用。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析是一种强大的研究工具，可以帮助我们深入了解玫瑰茄基因调控网络和花青素合成途径。
通过这种方法，我们可以挖掘出更多与玫瑰茄发育和品质形成相关的基因，并为玫瑰茄的育种和种植提供有力的理论支持。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析玫瑰茄（Solanum lycopersicum var. cerasiforme）是一种小型番茄，具有丰富的营养和药用价值。
为了研究玫瑰茄花青素合成相关基因的表达，本文对其花朵和果实进行了转录组测序，并对转录组数据进行了全面分析。
第一步，对转录组数据进行质量控制，剔除低质量的序列，并进行去除接头、过滤低质量的序列和去除低复杂度的序列等预处理步骤，得到高质量的RNA-seq数据。
第二步，对RNA-seq数据进行比对分析，将清洗后的RNA-seq数据比对到基因组上，利用TopHat软件进行比对，得到与基因组上的基因相匹配的转录本和外显子。
第三步，根据得到的转录本和外显子，利用Cufflinks和Cuffmerge软件进行转录本的组装和合并。
通过Cuffdiff和EdgeR软件进行差异表达基因（DEG）分析，筛选出在不同组织和不同时间点中显著表达的基因，得到花青素合成相关的基因列表。
本研究结果显示，玫瑰茄花青素合成过程中，存在一系列关键基因表达呈现时空特异性，如PAL、CHS、F3H、ANS、UFGT等基因在花朵和果实中的表达水平均较高。
其中UFGT 基因在花朵发育后期和果实成熟时期表达量最高，而PAL和CHS基因在花朵早期和果实发育初期表达量较高。
这些基因的表达调控可能会影响玫瑰茄花青素的积累和合成。
除基因表达的差异外，本研究还发现玫瑰茄花青素合成途径中可能存在多种底物和酶的竞争，如UFGT和β-galactosidase之间的竞争。
该竞争可能会影响花青素不同类型的合成，进而影响花色的变化。
总之，本研究对玫瑰茄的转录组测序及花青素合成相关基因的表达分析，对进一步揭示玫瑰茄花青素合成途径的调控机制、改良玫瑰茄的花色和提高其营养价值具有重要的理论价值和应用前景。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析玫瑰茄是夜茄属植物，是一种重要的经济作物，其果实具有营养丰富、口感好、形态美观的特点，并含有丰富的花青素。
近年来，随着生物技术的迅速发展，基因测序技术逐渐成熟，人们开始研究玫瑰茄的转录组，以探究花青素合成相关基因的表达规律。
本文主要介绍玫瑰茄的转录组测序及花青素合成相关基因表达分析。
一、玫瑰茄转录组测序转录组测序是指在细胞或组织内，利用高通量测序技术，对细胞或组织中所有mRNA的序列进行分析的一种技术。
玫瑰茄的转录组测序是通过Illumina HiSeq 4000测序平台进行的。
通过对菌株进行处理，提取RNA，对其进行纯化，利用反转录技术将mRNA转化为cDNA，然后进行文库构建，最后进行高通量测序。
通过转录组测序，可以获得菌株中的所有基因的mRNA序列，从而研究其基因表达谱。
在玫瑰茄转录组测序中，共获得了98,648个unigene序列，平均长度为813bp，N50长度为1,276bp，GC含量为45.52%。
这些序列对研究玫瑰茄的基因功能、代谢通路等具有重要的意义。
花青素是植物中一类广泛存在的天然色素，它们在植物生长发育过程中发挥着重要的生理功能，如抗氧化、抗癌、抗炎等。
玫瑰茄中的花青素也是非常重要的，因为它具有很高的营养和保健价值。
花青素的合成是一个复杂的过程，需要多个酶的参与。
在玫瑰茄转录组中，找到了多个花青素合成相关的基因。
例如：1. PAL基因（酚类物质氨基酸解酶）：其编码酚类物质氨基酸解酶，是花青素合成途径中的第一个关键酶，其在植物体中广泛存在，参与着花青素、类黄酮、木质素等化合物的合成。
2. CHS基因（香豆素合酶）：其编码香豆素合酶，是花青素合成途径中的第二个关键酶，其在花青素的合成过程中发挥着重要的作用。
以上这些基因都是花青素合成途径中比较重要的基因，为了研究它们在花青素合成中的作用，我们可以利用转录组测序技术对其进行分析。
例如，在不同的发育阶段和不同的处理条件下，可以对基因表达进行比较分析，找到差异表达的基因，进而分析其对花青素合成的影响。
华南理工大学学报(自然科学版)第27卷第1期Journal of South China University of Technology Vol.27No.1 1999年1月 (Natural Science)January 1999磷限制培养中玫瑰茄细胞生长及花青素形成动力学阮 茜 郭 勇(华南理工大学生物工程研究所 广州 510641)摘 要 研究了在不同起始磷浓度下玫瑰茄细胞生长、主要营养物质(糖、铵离子及硝酸根、胞外磷)的消耗及产物花青素形成的动力学特性.结果表明该细胞的比生长速率与限制性底物磷浓度的关系符合Monod方程,最大比生长速率为0.2160d-1.细胞比生长速率与产物花青素的形成呈负相关.关键词 玫瑰茄;花青素;动力学;植物细胞培养中图资料分类号 TQ920.1由于合成色素逐渐被禁止使用,植物天然色素愈来愈受到重视.花青素是常见的一种天然红色素,在许多红色、蓝色和紫色植物中都有.而广泛分布于热带、亚热带地区的玫瑰茄(Roselle),其紫红色花萼已作为花青苷色素的合适原料而受到重视.在我国福建、广东等南部地区已有生产性栽培玫瑰茄以提取此色素.但地域、气候等条件使大面积栽培植物来获得色素受到限制.因而,植物细胞培养技术的发展为天然色素的生产提供了新的途径.已有一些文献报道了利用Daucus carota,Malus pumila,Helianthus tubersus,Perilla frutescens等植物细胞培养获得花青素的研究.然而,植物细胞培养仍然有许多问题尚未解决.培养基的优化及培养基中各种营养元素对细胞生长及次生代谢产物形成的影响仍未明了.无机磷是细胞生长的重要营养物质之一,磷能够掺入到某些生物大分子中去(如核酸,磷脂等),对能量代谢有重要作用.在不少植物分批培养的研究中[1～3],无机磷在细胞生长的前48h被迅速吸收,因而,胞内PO3-4浓度迅速增加.胞内的PO3-4主要分布在两部分:5%～15%分布在细胞质中,而85%～95%分布在液泡中.细胞质中的PO3-4是以液泡为贮存基地,以保持细胞质中的PO3-4浓度在一稳定水平上,有利于细胞分化/生长等诸多代谢过程[4].Ashihara等[5]在对长春花的研究中发现,将细胞转接到新鲜培养基后,长春花细胞快速吸收无机磷,24h后A TP、葡萄糖-6-磷酸及果糖-6-磷酸的合成达到了最高水平. DNA、RNA及蛋白质等在72h后形成并伴随着最大细胞生长.本文详细研究了在不同起始磷浓度中玫瑰茄悬浮细胞生长、主要营养物质消耗及产物花青素形成的动力学特性.目的是把握该细胞生长和生理代谢的变化规律,为生物反应器中大规模培养花青素奠定基础.收稿日期:1997-03-25 修改稿收到日期:1998-04-20阮 茜,女,1970年生,现为华南农业大学讲师,博士;主要研究方向:细胞工程,发酵工程.1 材料与方法1.1 培养体系本实验采用的细胞株是经玫瑰茄花萼诱导得到的愈伤组织[6～8],经继代培养、诱变筛选获得的高产细胞株.悬浮继代培养采用B 5培养基添加1×10-6g/L 的2,4-D 、0.5×10-6g/L 的KT 及30g/L 的蔗糖,p H =4.5的条件下进行.其中,起始磷浓度分别为0.25,1.09,6.25mmol/L.玫瑰茄细胞在25℃、90r/min 、光照1600lu 、16h/d 的摇床上进行培养,每100mL 摇瓶中培养基装量为30mL ,细胞接种量为每30ml 中2g.1.2 分析方法每48h 取样.取样后,细胞经砂芯漏斗过滤、洗涤,称量得湿重,置于50℃左右烘干至恒重,称得干重.葡萄糖浓度采用3,5-二硝基水杨酸法测是,铵根离子及硝酸根离子的定量分别采用苯酚-次氯酸盐反应和水杨酸反应的方法测定.磷的测定采用抗坏血酸还原法进行测定.花青素测定:将1g 湿细胞用10ml 含φ(HCl )=1%的甲醇于4℃静置抽提24h ,3000r/min 离心,吸取上清液,测定OD 525.花青素含量(w A ),按文献[9]方法求出:w A =(27.208A +0.0591)10/1000;花青素总量(w A T ):w A T =w A ・w C .其中A 为吸光度,w C 为湿细胞的质量分数.以下数据皆为三次平均值.2 结果与讨论2.1 起始磷浓度对玫瑰茄细胞生长及产物花青素形成的影响图1(a )给出了玫瑰茄细胞在不同起始磷浓度时的生长曲线.结果表明,三种浓度下细胞生长都经过延滞期(0～4d ),生长速度比较缓慢.磷浓度为0.25mmol/L 时,细胞生长曲线基本为一直线,随着起始磷浓度增大,细胞生长速度显著增大.起始磷浓度为1.09mmol/L 时,细胞生长曲线已变为S 形曲线,产生指数生长期(4～12d )及静止期(12～16d ).而当磷浓度继续增大时(直至6.25mmol/L ),细胞生长速度几乎不再增大,曲线形状也不再改变.这说明在低磷浓度时,磷是细胞生长的限制性基质.图1 不同磷浓度下细胞生长及花青素形成的变化Fig.1 Cell growth and anthocyanin formation of Rosellecells at different phosphate concentrations 图1(b )给出了玫瑰茄细胞在不同起始磷浓度下的产物花青素形成曲线.可见,在细胞78 第1期 阮 茜等:磷限制培养中玫瑰茄细胞生长及花青素形成动力学 生长对数期末期,花青素大量形成.随磷浓度的降低,细胞生长速度减慢,而花青素产量增高.图中显示,花青素总量是每升培养基中总细胞量与单个细胞花青素的乘积.对于起始磷浓度分别为1.09mmol/L 与6.25mmol/L 的条件下,细胞生长量几乎相同,但单个细胞相差极大.因而可清楚看出,在1.09mmol/L 的磷初始浓度下的花青素产量高于6.25mmol/L 的磷初始浓度下的产量.从图1(b )中的曲线来看,在0.25mmol /L 浓度下的总花青素量高于6.25mmol /L 浓度下的总花青素量,而小于1.09mmol /L 浓度下的总花青素量.但由于0.25mmol /L 磷初始浓度下,细胞量远小于其它两种条件下的细胞量,由计算可知0.25mmol/L 磷初始浓度下的单个细胞花青素产量高于后两者的.因而从单个细胞花青素产量来看,0.25mmol/L 磷初始浓度是最有利于花青素的形成的.上述实验结果表明,玫瑰茄细胞悬浮培养花青素的形成与细胞生长呈负相关,细胞生长缓慢有利于花青素形成.其细胞生长与产物形成的动态变化为非生长偶联型.因此其大规模培养可采用两步培养法.2.2 磷对主要营养物质消耗的影响图2显示了不同起始磷浓度下培养基中主要营养物质消耗的动态曲线.如图2(a )所示,培养初期培养基中的磷被细胞大量消耗,进入对数生长期时胞外磷已降至0mmol/L.从细胞生理代谢过程推断,在延迟期(0～4d )细胞大量吸收磷,合成细胞生长所需的A TP 、RNA 、DNA 及蛋白质等等,然后细胞才能快速繁殖进入对数生长期.图2 不同起始磷浓度时玫瑰茄细胞培养基中主要营养物质的动态变化Fig.2 Curve of main nutrient in cell culture medium of Roselle cells atdifferent phosphate concentrations88 华南理工大学学报 第27卷 图2(b )和图2(c )显示了不同起始磷浓度下培养基中铵根离子和硝酸根离子浓度的动态变化.N H +4易被吸收,培养的两天内,N H +4几乎完全被消耗;NO -3在整个培养过程中被利用,随着磷浓度的增大,NO -3的利用速率增大,并与细胞生长相对应.说明随着磷浓度的增大,细胞生长速度加快,胞外各种营养成分的吸收利用速率提高.图2(d )给出了葡萄糖的利用情况.0～2d 内,蔗糖被迅速分解,葡萄糖含量急剧增高;两天后,葡萄糖的利用速率远远超过蔗糖分解速率,培养基中的葡萄糖量迅速降低,且随着磷浓度的增大,细胞生长速度加快,细胞量迅速增高,因而其消耗速率增大.3 动力学模型的建立3.1 玫瑰茄细胞生长模型由图1可知,在玫瑰茄细胞生长过程中,首先进入延迟期,接着表现为快速生长,并且在低磷浓度时,磷是细胞生长的限制基质.其关系基本符合Monod 方程 μ=μmax [S]K S +[S].(1)其中,μmax 为最大比生长速率(d -1);[S]为限制性基质浓度,此处指磷浓度(mmol/L );K S 为饱和常数(mmol/L ).在Monod 方程中,只包含了限速因子(此处为无机磷),而其它的一些因子的作用被忽略.3.2 产物花青素形成模型由图1(b )及以上讨论可知,花青素的形成主要是非生长偶联型的,因而,花青素的形成可用Luedeking-Piret 模型来表示: d P d t=αμX +βX.(2)其中,α为生长偶联型因数;β为非生长偶联型因数;μ为比生长速率(d -1);X 为细胞含量(g/L );P 为花青素产量(g/L ).图3 细胞生长与花青素形成的模型验证Fig.3 Model prediction of cell growth and antho 2cyanin formation3.3 动力学参数的确定和模型验证根据实验结果,采用最小二乘法估计模型中的动力学参数,结果如下:μmax =0.2160(d -1),K S =0.2454(mmol/L ),α=0.003114,β=0.002209(d -1).利用所估计的参数,对模型进行仿真,结果如图3所示.图中,点为实验值,曲线为模拟计算曲线.由图3可看出,在对数生长期(6～12d ),模型与实际过程完全相符.这基本上与建立模型时所假设的初始条件相对应.然而,在植物细胞生长中,细胞的生长过程具有阶段性,并且受到生长过程中环境条件的影响,因而Monod 非结构生长模型对细胞生长的模拟有一定的限制.在次级代谢物模拟图中,仅仅是对数生长期吻合.由于实际中细胞生长与代谢产物98 第1期 阮 茜等:磷限制培养中玫瑰茄细胞生长及花青素形成动力学 形成是相对独立而又紧密相关的两个阶段,因而我们所用的方程未能体现出次级代谢物与细胞生长引起的环境的改变之间的关系.由于细胞在不同的外界条件下,细胞内部的代谢过程会有所不同,因而表现出的生长过程与产物形成亦会不同.这就要求我们建立不同时期下的细胞模型.但在大规模连续培养的过程中,细胞状态将会被尽量控制在对数生长期,以让细胞生长达到所需的细胞量及在对数生长末期使细胞产生大量色素.这需要很细致地调节外部的环境条件.4 结 论研究磷限制性培养中玫瑰茄悬浮细胞生长、花青素形成及营养物质消耗的动力学特性.试验表明,磷是细胞生长的限制性基质,而花青素的形成是非生长偶联型模式.因而我们拟在进一步的大规模玫瑰茄细胞培养中,在较好地控制培养基中磷的浓度的同时,控制溶氧、p H 等一系列发酵条件,采用两步培养法进行试验.参 考 文 献1 Brodelius P ,Vogel H J.A phosphorus -3l nuclear magnetic resonance study of phosphate uptake and storage in cultured Catha 2ranthus roseus and Daucus carota plant cells.J Biol Chem ,1985,260:35562 Gulik W M van ,Hooper H J G ten ,Heihnen J J.A structured model describing carbon and phosphate limited growth of Catharanthus roseus plant cell suspensions in batch and chemostat culture.Biotechnology &Bioengineering ,1993,41:7713 Knobloch K H ,Beutnagel G ,Berlin J.Influence of accumulated phosphate on culture growth and formation of cinnamoyl pu 2trescines in medium-induced cell suspension cultures of Nicotiana tabaum ,Planta ,1981,153:5824 Bieleski R L ,Ferguson T B.Physiology and metabolism of phosphate and its compounds.In :Lauchli A and Bieleski R L eds.Encyclopedia of Plant Physiology ,Vol 15A.Berlin :Springer Verlag ,1983.4225 Ashihara H ,Tokoro T.Metabolic fate of inorganic phosphate absorbed by suspension cultured cells of Catharanthus roseus.J Plant Physiol ,1984,116:417～4236 阮 茜,郭 勇.玫瑰茄悬浮细胞生长及花青素形成的研究.生物工程学报,1996,12(增刊):297～2997 张玉墀,阮 茜,梁 等.添加剂对玫瑰茄细胞生长及类黄酮形成的影响.华南理工大学学报,1993,21(增刊):70～748 蔡燕璇,郭 勇.玫瑰茄细胞培养及其花黄素产生的研究.华南理工大学学报,1991,20(4):94～969 Zhong Jianjiang et al.Effect of light irradiation on anthocyanin production by suspended culture of Perilla f rutesens.Biotech and Bioeng ,1991,38:653～658KINETICS ON GROWTH OF ROSELL E CELLS AND AN THOCY ANINFORMA TION IN PHOSPHORUS-L IM ITIN G CUL TU RESR uan Qian Guo Yong(Research Inst.of Biological Engineering ,South China Univ.of Tech.,Guangzhou 510641)Abstract This paper investigates the effects of limited phosphate concentration on the kinetics on the growth of roselle cells and anthocyanin formation in suspended cultures.It is shown that the cell growth kinetics can be described by Monod equation with μmax of 0.2160a day.The change of anthocyanin formation has negative relevance to that of cell growth.K ey Words roselle ;anthocyanin ;kinetics ;plant cell culture9 华南理工大学学报 第27卷 。
玫瑰茄转录组测序及花青素合成相关基因表达分析作者：练冬梅赖正锋姚运法来源：《江苏农业科学》2020年第06期摘要：以玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa Linnaeus）花瓣和花萼为研究对象，采用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术，对花瓣和花萼进行转录组测序及花青素合成相关基因差异表达分析。
结果表明，花瓣和花萼共获得13.94 Gb有效数据（clean data），Q30碱基百分比均达到93.0%以上;共获得1 399个差异表达基因（DEGs），包括65个上调基因，1 334个下调基因，且功能注释的基因有1 176个;筛选出了与花青素合成相关结构基因CHI、FLS、ANR、CHI在花萼中表达显著，FLS、ANR在花瓣中表达显著。
本研究丰富了花青素相关研究，可为阐明玫瑰茄花青素合成机制提供理论依据。
关键词：玫瑰茄;花瓣;花萼;转录组;花青素;差异表达基因中图分类号： Q786;S681.901; 文献标志码： A; 文章编号：1002-1302（2020）06-0041-05玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa L.）为锦葵科木槿属一年生草本植物，别称洛神花（roselle、gongura）、芙蓉茄、山茄子、红果梅、苏丹茶、美丽纳等。
原产西非至南亚，广泛分布于全球热带和亚热带地区，玫瑰茄在台湾、广西、广东、福建和云南等南部地区均有栽培。
玫瑰茄2004年被卫生部和卫计委列入新食品原料名单[1]，是一种药食两用的植物。
玫瑰茄花重要部位花瓣（亮黄色）和花萼（紫红色）具有药用功能，均是具有重要开发价值的器官，富含花青素、黄酮、多酚酸、有机酸等营养成分，花瓣部位主要用于开发花茶，而花萼部位利用率最高，已广泛用于制作玫瑰茄酱[2]、饮料[3]、酸奶[4]、果酒[5]等，在食品工业中被用作着色、调味添加剂;花萼具有利尿、抗氧化、抗癌、降血压、降血脂和降血糖等保健功能[6-9]，在玫瑰茄保健品开发方面具有巨大潜力。
当前，国内对玫瑰茄研究主要集中在栽培技术、化学成分及功效分析、玫瑰茄花青素及玫瑰茄产品加工技术上，但其理论基础研究还很薄弱，例如玫瑰茄花青素合成相关代谢途径的研究尚属空白。
花青素是构成植物颜色的主要水溶性色素之一，属于类黄酮，主要以糖苷的形式存在于植物液泡中[10]，迄今从自然界分离和鉴定出的花青素苷多达600种，主要从矢车菊素苷元（cyanidin）、飞燕草素苷元（delphinidin）、天竺葵素苷元（pelargonidin）、芍药花素苷元（peonidin）、矮牵牛素苷元（petunidin）、锦葵素苷元（malvidin）等6种花青素苷元衍生而来[11]。
花青素苷合成始于苯丙氨酸，途经多步酶促反应，主要由上游基因（CHS、CHI、F3H、F3′H和F3′5′H等）和下游基因（DFR、ANS、GT、AT和MT等）参与表达。
研究表明，植物花青素兼具营养、药理以及基因工程中改良花色等作用[12-14]。
近年来，已有许多生物通过高通量转录组测序技术完成了全转录功能基因组测序[15-16]。
关于花青素合成相关基因在其他植物中也有相关研究[17-18]。
玫瑰茄分子遗传学与功能基因组学研究较落后，众多玫瑰茄农艺性状的分子调控机制仍不清楚，关联转录组学是一种鉴定调控目标性状候选基因的新方法。
本研究利用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术对玫瑰茄花瓣、花萼进行转录组测序，根据转录组数据及其花青素合成代谢途径相关基因分析，探讨玫瑰茄花瓣、花萼花青素合成机制和相关差异表达基因，以期为后续玫瑰茄相关研究提供理论参考。
1 材料与方法1.1 试验材料玫瑰茄为福建省漳州市漳浦县种植品种，种植地点位于福建省农业科学院亚热带农业研究所试验农场，2017年6月15日种植，8月25日开始采集样品。
采集标准：分别采集同一株玫瑰茄的花蕾（开花前一天09：00采集）10朵，共3株，将花蕾的花瓣和花萼分离后进行混合，立即用液氮速冻，置于-70 ℃超低温冰箱保存备用。
1.2 试驗方法1.2.1 高通量测序及数据组装采用PureLink Plant RNAReagent Kit试剂盒提取玫瑰茄花瓣、花萼的总RNA。
分别采用Nanodrop、Qubit 2.0、Aglient 2100技术检测RNA样品的纯度、浓度和完整性，构建cDNA文库，再使用Q-PCR方法对文库的有效浓度进行准确定量，以保证文库质量。
库检合格后，用Illumina HiseqTM 2500进行高通量测序，获得原始数据，数据过滤后去除其中的接头序列及低质量读序（reads），获得高质量的有效数据（clean data），用Trinity软件对clean data进行组装，组装成为转录本序列（transcripts），将不同样品组装结果中多个可变剪接的transcripts聚类到一个基因，得到单基因序列（unigene）库。
1.2.2 差异基因的功能注释使用BLAST软件将Unigene与NR、Swiss-Prot、GO、COG、KOG、NOG、KEGG、Pfam等8个数据库进行比对（E值≤10-5），获得Unigene的注释信息。
1.2.3 花青素合成相关差异基因分析利用上述数据库对玫瑰茄花瓣、花萼花青素合成进行检索，分析花青素合成相关基因在KEGG数据库功能注释及代谢路径。
按照FPKM（每千个碱基的转录每百万映射读取的片段）法计算差异基因的表达量，如果倍数变化（log2 Fold change）>0，认为是上调表达，反之，便认为是下调表达。
2 结果与分析2.1 数据组装及分析玫瑰茄花瓣和花萼经高通量测序和质量控制，共获得13.94 Gb clean data，其中花瓣clean data为7.29 Gb，花萼clean data为6.65 Gb，其Q30碱基百分比均达到93.0%以上，表明测序结果可靠，可用于后续的分析。
对组装结果进行统计（表1），总共产生72 029条单基因序列和148 309条转录本序列，N50（对一条染色体进行测序，将测序得到的reads进行拼接，当拼接的序列长度达到染色体长度的一半时，叫做N50长度）分别为1 010、1 274 bp，组装完整性较高;其中长度区间位于 200～300 bp的Unigene数量最多，为24 697条，占34.29%。
2.2 Unigene功能注释为获得Unigene的功能注释信息，通过NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、NOG、GO、Pfam等8个数据库进行注释分析（表2），在72 029条Unigene中，共获得44 887条（62.32%）Unigene的注释。
以上8个数据库比对分析中，分别获得44 274（61.47%）、27 510（38.19%）、15 908（22.09%）、10 438（14.49%）、23 790（33.03%）、40 386（56.07%）、20 981（29.04%）、25 191条（34.97%）Unigene功能注释。
2.3 差异表达基因（DEGs）分析通过对玫瑰茄花瓣和花萼差异基因的表达分析，共获得1 399个DEGs，包括65个上调基因，1 334 个下调基因;将DEGs单基因序列分别注释到COG、GO、KEGG、KOG、Pfam、Swiss-Prot、NOG、NR等8个数据库中，共获得1 176条基因功能注释，其中COG数据库267条，GO数据库526条，KEGG数据库285条，KOG数据库562条，Pfam数据库853条，Swiss-Prot数据库773条，NOG数据库1 066条，NR数据库1 165条，其中NR数据库注释比最高，达99.06%。
2.3.1 GO功能注释对玫瑰茄花瓣和花萼的DEGs进行GO功能注释，共分为三大类，分别为生物过程（biological process）、细胞组分（cellular component）和分子功能（molecular function）。
GO分类统计显示，526条DEGs被归到40个功能小类（表3）。
生物学过程中DEGs在单一生物过程、细胞过程和代谢过程3个功能小类中分布数量最多;细胞组分中DEGs 在细胞、细胞成分和膜结构3个功能小类中分布数量最多;分子功能中DEGs在催化活性和结合活性2个功能小类中分布数量最多。
2.3.2 COG功能注释在玫瑰茄花瓣和花萼的转录本中，将注释到COG数据库的267条DEGs进行直系同源分类，并获得21个功能分类（图1），差异基因注释主要集中在R（一般性功能预测）、T（信号转导机制）、K（转录）和L（复制、重组和修复）中。
2.3.3 KEGG功能注释将DEGs通过KEGG数据库比对（表4），有283个DEGs得到注释，分别富集在64条代谢通路，其中涉及较多的是淀粉和蔗糖代谢（38个）、戊糖和葡萄糖醛酸互相转化（35个）、植物病原体相互作用（24个）、甘油磷脂代谢（11个）、胞吞作用（11个）和苯丙素生物合成（10个）等。
本研究着重选择与花青素合成密切相关的代谢通路[类黄酮生物合成（5个）]，并找到与花青素代谢相关的差异基因。
2.4 花青素合成相关基因差异性分析通过对玫瑰茄花瓣和花萼转录组测序结果进行功能注释、功能分类及代谢途径分析发现（表5），花青素合成途径中，查尔酮-黄烷酮异构酶（chalcone isomaerase，CHI）基因在玫瑰茄花萼中具有显著表达优势，上调表达4.9倍，黄酮醇合成酶（flavonol synthase，FLS）、花青素还原酶（anthocyanidin reductase，ANR）基因则在玫瑰茄花瓣中具有显著表达优势。
这些差异表达基因参与着玫瑰茄花瓣和和花萼的花青素合成代谢途径，影响着玫瑰茄花青素的合成。
3 讨论本研究通过Illumina HiSeqTM 2500高通量测序技术构建玫瑰茄花瓣和花萼转录组数据库，比较分析花瓣和花萼数据，发现花青素合成相關代谢途径中差异表达的基因。
玫瑰茄花瓣、花萼中花青素代谢表现：p-香豆酰-辅酶A（p-coumaroyl-CoA）和3分子丙二醛- 辅酶A （3×Malnoyl-CoA），在查尔酮合成酶（chalcone synthase，CHS）催化下，生成查尔酮（chalcone），查尔酮又在CHI作用下形成柚皮素（naringenin，NAR），此过程花萼中CHI基因表达比花瓣显著，将大量查尔酮转化成花青素合成代谢所必需的NAR;玫瑰茄花瓣、花萼中NAR在黄烷酮-3-羟基化酶（flavanone 3-hydroxylase，F3H）催化下产生二氢山奈酚（dihydokaempferol，DHK），DHK分别在类黄酮-3′-羟基化酶（flavonoid-3′-hydroxylase，F3′H）和类黄酮-3′5′-羟基化酶（flavonoid-3′5′-hydroxylase，F3′5′H）作用下生成二氢槲皮素（dihydroquercetin，DHQ）和二氢杨梅素（dihydromyricetin，DHM），DHK、DHQ和DHM 在二氢黄酮醇-4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase，DFR）作用下分别生成无色天竺葵苷元（leucopelargonidin）、无色矢车菊苷元（leucocyanidin）和无色飞燕草素苷元（leucodelphinidin），而后分别在花青素苷合成酶（anthocyanin synthase，ANS）作用下生成有色的天竺葵苷元（pelargonidin）、矢车菊苷元（cyanidin）和飞燕草素苷元（delphinidin），各种花青素苷元分别在葡萄糖基转移酶（glycosyl transferases，GT）等作用下，生成稳定的花青素苷。
