Transcriptomic basis for drought resistance in Brassica napus L
基于轉錄組研究甘藍型油菜的抗旱性
Pei Wang, Cuiling Yang, Hao Chen, Chunpeng Song, Xiao Zhang & Daojie Wang
期刊：Scientific reports?，2017.01，IF=5.1
研究背景：油菜為異源四倍體植物，是蕓薹（B. rapa ）和?甘藍（B. oleracea）通過自然種間雜交后雙二倍化而來的一種復合種。為世界第三大產油蔬菜。干旱是非生物脅迫因子嚴重影響植物生長和農業生產。培育抗旱和抗病品種是育種的長期目標。鑒定抗旱基因和評估這些基因的潛在功能適應脅迫非常重要。目前，關于油菜抗旱相關基因的研究非常少，本文旨在探索鑒定和分析油菜的抗旱相關基因。
材料：不同類型的兩個油菜抗旱品種07Y19(抗旱：RT)和07Y29(不抗旱：ST)，實驗組：將這兩個品種的種子用200 g L?1?PEG-6000處理后(標記為?R和?S)，對照組：?RT和ST相同環境下栽培不做任何處理。實驗組測葉片的失水率衡量干旱脅迫。PEG-6000處理后分8個時間點取樣提取RNA: 0.5 h, 1 h, 3 h, 6 h, 9 h, 12 h, 24 h ，48 h。 每個樣品包含10個個體。
測序策略：Illumina HiSeq? 2000，PE100，5G data
研究思路：
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研究結果：本文將抗旱和不抗旱的油菜（Brassica napus L）在干旱和水分充足的條件下栽培后進行轉錄組測序，統計學分析有3類包含169個顯著差異表達基因（DEGs）與干旱相關。包括37個抗旱品種相關基因，35個不抗旱的基因，97個特性不明顯的基因。這些DEGs相當均勻分布在不同的染色體上，它們的表達模式有品種特異性。
除了一般在響應不同的刺激或壓力時富集，不同類別的DEGs在特定的生物過程或通路中特異富集，比如：多種刺激，代謝過程，代謝通路，次生代謝物的生物合成，淀粉和蔗糖代謝，苯丙烷生物合成，玉米素合成?？购灯贩N中的DEGs還參與植物信號轉導，ABC轉運蛋白和過氧化磷酸化途徑。而類黃酮生物合成途徑特異存在于不抗病品種中。GO和KEGG通路分析證明這些核心DEGs參與一些功能范疇與干旱脅迫相關，以及相關的通路和過程在響應干旱脅迫時發揮著重要作用。表明這三類核心DEGs之間的功能可能有差異。
構建網絡圖顯示這169個DEGs之間的關系，生物學過程和通路。根據最可靠的途徑和生物學過程將這些DEGs分為功能不同的類別。一些通路可能同時有多個共同的DEGs參與，這些通路可能相通以及有重疊的生物學功能。少數DEGs能適應擬南芥的干旱脅迫信號轉導途徑。最后用QT-PCR驗證了RNA-seq數據的準確性。這些研究對通過轉基因工程改善作物品種有一定的作用。
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模式植物水稻，玉米，擬南芥中抗旱相關的研究
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In 2009, Degenkolbe et al.研究了兩個水稻抗旱品種和不抗旱品種在干旱脅迫下的基因表達譜 在這四個品種中，僅有245個基因下調，413個基因上調。
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In 2011, Liang et al.利用消元法預測出了擬南芥抗旱相關基因，基于CEO數據庫(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)中22套擬南芥的基因表達數據，并且檢測出靠前7個基因與抗旱生物進程相關。
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In 2012,Kakumanu et al. 應用轉錄組測序研究了玉米再生組織和葉片分生組織中干旱對基因表達的影響。發現抗旱相關基因在玉米子房中多于葉片分生組織。
油菜抗性相關的一些研究
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2014， Chalhoub et al.1首次發表了完整的油菜基因組序列, 但是基于組學水平的研究仍然很少。
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In 2014, Yong et al. 通過RNA-Seq，對油菜B. napus葉片和根響應高鹽環境進行了比較轉錄組分析，在響應鹽激時，總共有582個轉錄因子和438個運輸機因調節兩個組織，鑒定出幾個重要通路參與鹽脅迫轉導。
近來， Zhang et al. 通過全基因組關聯研究(GWAS)，鑒定出16個基因座與水分脅迫顯著相關。結合由RNA-seq檢測出的DEGs和GWAS分析出的基因座，作者鑒定出了79個候選基因在油菜忍耐水分脅迫時起重要作用，其中有8個基因可能與抗干旱相關。
油菜相關參考文獻
1. Sahni, S., Prasad, B. D. & Liu, Q. Overexpression of the brassinosteroid biosynthetic gene DWF4 in Brassica napus simultaneously increases seed yield and stress tolerance. Sci Rep 6, 28298 (2016).
2. Wu, J., Zhao, Q. & Yang, Q. Comparative transcriptomic analysis uncovers the complex genetic network for resistance to Sclerotinia sclerotiorum in Brassica napus. Sci Rep 6, 19007 (2016).
3. Liang, Y., Xiong, Z. & Zheng, J. Genome-wide identification, structural analysis and new insights into late embryogenesis abundant(LEA) gene family formation pattern in Brassica napus. Sci Rep 6, 24265 (2016)
4. Wang, D. et al. Comparative transcriptome analyses of drought-resistant and -susceptible Brassica napus L. and development of EST-SSR markers by RNA-Seq. J Plant Biol 58, 259–269 (2015).
5. Yong, H. et al. Comparative transcriptome analysis of leaves and roots in response to sudden increase in salinity in Brassica napus by RNA-seq. BioMed Res Int 2014, 467395 (2014).
6. Zhang, J. et al. Identification of Putative Candidate Genes for Water Stress Tolerance in Canola (Brassica napus). Front. Plant Sci. 6,1058 (2015).
7. Jiang, J. et al. Use of digital gene expression to discriminate gene expression differences in early generations of resynthesized Brassica napus and its diploid progenitors. BMC Genomics 14, 72 (2013).