[发明专利]一种基于转录组和代谢组筛选大蒜果聚糖逆境响应关键酶基因和代谢物的方法

说明书

本发明公开一种基于转录组和代谢组筛选大蒜果聚糖逆境响应关键酶基因和代谢物的方法，本发明通过转录组和代谢组联合分析的方法，将转录组测得的果聚糖相关的差异表达基因与代谢组测得的果聚糖相关代谢变化明显的物质进行联合分析，可以构建基因‑代谢物网络互作图，更好地解析基因和代谢物的关系。

技术领域

本发明涉及多组学联合分析技术领域，具体涉及基于转录组和代谢组进行大蒜果聚糖逆境响应关键酶基因和代谢物的筛选方法。

背景技术

果聚糖(Fructan)是一种水溶性地寡聚或多聚糖类，由多个果糖残基以糖苷键的形式和单个蔗糖末端相连聚合形成的非细胞组成的碳水化合物。果聚糖作为一种重要的渗透调节物质，其代谢与植物抗逆密切相关。研究发现，植物体内果聚糖的合成和分解代谢是植物适应不利环境因素的一种重要保护机制，其积累能够增强植物在多种环境胁迫下的抗逆性(许欢欢等，2014)。果聚糖提高植物抗逆性主要有三方面原因(孙永梅等，2015)： (1)通过果聚糖的累积调节渗透势，增强细胞保水力，如在低温条件下，果聚糖则通过解聚作用释放出可溶性地果糖，然后通过调节细胞的渗透压，从而使植株耐寒的能力得以提高；(2)果聚糖可通过降低脂质凝胶相与液晶相转化的相变温度，稳定磷脂双分子层，对膜起保护作用，如Van den Ende(2001)等试验证明低温增加果聚糖聚合度能够减少细胞膜渗漏；(3)通过果聚糖代谢，产生其他保护性物质和能源，如低温促进果聚糖积累的同时，伴有一定程度呼吸消耗。

植物对逆境胁迫的响应是一个复杂的生命过程，在整个调控网络中会产生大量的代谢中间产物和代谢终产物，包括代谢调节物质和信号转导因子等。近年来，研究植物逆境下代谢动态调控已成为分子生物学研究热点。借助现代检测技术可以对胁迫条件下植物体内各代谢产物进行定性、定量分析，从而发现植物逆境下代谢调控规律及网络。然而，转录组测序虽然能够得到大量差异表达基因和调控代谢通路，但由于基因与表型难以直接关联，导致差异基因太多，难以确定关键信号通路，往往达不到预期研究目的。代谢组是基因组与表型之间的桥梁，对代谢组的解析能更有效地揭示生物学及其生化、分子机理。将转录组与代谢组联合分析，能够更好地找到关键调控代谢通路、找出关键调控基因、解释生物体生长发育、环境响应、生理状态、病理应答的分子机制。

现有技术中，尚未出现大蒜果聚糖逆境响应相关基因和代谢物的筛选技术，且有关大蒜果聚糖代谢关键基因和代谢物种类鲜有报道，故其在大蒜中的代谢机理尚不明确。故需求可靠的分析方法揭示果聚糖在大蒜中的代谢机理，对拓展和深化植物果聚糖的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于转录组和代谢组筛选大蒜果聚糖逆境响应关键酶基因和代谢物的方法。本发明通过转录组和代谢组联合分析的方法，将转录组测得的果聚糖相关的差异表达基因与代谢组测得的果聚糖相关代谢变化明显的物质进行联合分析，可以构建基因-代谢物网络互作图，更好地解析基因和代谢物的关系。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于转录组和代谢组筛选大蒜果聚糖逆境响应关键酶基因和代谢物的方法，通过转录组筛选出大蒜果聚糖响应逆境后差异表达的关键基因，通过代谢组筛选大蒜果聚糖逆境响应相关代谢物，最后构建基因--代谢物相关性网络图，筛选出大蒜果聚糖逆境响应关键酶基因和代谢物。

在一种具体的实施方式中，本发明所述的方法步骤如下：

(1)转录组测序获得果聚糖逆境响应关键酶基因

采用TRNzol法，分别提取逆境响应前后的大蒜样品的总RNA，纯化后作为试验模板进行转录组文库的构建，将构建的文库进行Illumina HiSeq测序，转录组数据采用两倍的差异值作为表达差异显著性，即p-value(|log2Fold Change|＝1，且FDR0.05，进行筛选逆境响应前后的的差异unigene，基于KEGG数据库(http://www.genome.jp/KEGG/) 筛选得到大蒜逆境响应涉及的差异表达基因及通路；