项目文章||药用植物黄芩全长转录组研究

来源：Nextomics

2019年9月9日青岛农业大学生命科学学院与中国医学科学院药用植物研究所在International Journal of Molecular Sciences杂志发表题为“Hybrid Sequencing of Full-Length cDNA Transcripts of the Medicinal Plant Scutellaria baicalensis” 的研究文章。该研究对中药黄芩进行了全长转录组混合测序，获得了大量高精度全长转录本，为进一步开展黄芩的育种、活性成分的生物合成等分子生物学研究奠定了坚实的遗传学基础。青岛农业大学生命科学学院高婷为第一作者，中国医学科学院药用植物研究所孙超为通讯作者，武汉未来组承担了该研究的全长转录组测序及部分分析工作。

黄芩（Scutellaria baicalensis）唇形科黄芩属，是一种著名的中药，能合成独特的具有消炎、抗菌和抗癌活性的多种黄酮类化合物——黄芩甙（baicalin）、黄芩素（baicalein）、汉黄芩素（wogonin）等。关于药用植物黄芩的黄酮类生物合成途径，仍有许多问题尚未解答，例如关键基因中是否存在各种可变剪接模式？哪种剪接模式导致成分的活性和功能更好，并直接调节黄酮类化合物？

本研究利用混合测序技术研究黄芩的全长转录组，首先采用PacBio Sequel平台对黄芩根，茎和叶高质量RNA混合样本进行全长转录组测序，共获得338,136个全长非嵌合（FLNC）reads，占总reads数的93.3％，使用二代数据进行去冗余和校正后，产生了75,785个非冗余转录本，其中约98%被注释为编码蛋白质的mRNA，并且11,135个转录本被归类为IncRNA。

图1 实验分析流程

差异表达基因筛选分析发现与黄酮类生物合成相关的大多数基因（如PB22530.1）在黄芩根中高表达（图2），表明黄芩黄酮类化合物主要在根中合成，这与以往的研究一致。

图2 差异表达基因分析

在可变剪接分析（AS）中，共检测到4471个AS事件，其中内含子保留（IR）事件占比最高，达44.5%（图3）。

图3 AS事件分类

进一步分析，发现与类黄酮生物合成相关的五个关键基因中观察到94个AS事件。通过PCR确认了一些AS事件的真实性，结果显示异构体在其UTR或CDS区域表现出差异（图4），表明AS可能在S.baicalensis的转录后水平上调节黄酮类生物合成。

图4 黄酮类生物合成相关关键基因的AS预测和PCR验证

本研究通过混合测序技术研究了黄芩的全长转录组，不仅为黄酮类化合物生物合成中AS的调控提供了新的见解，而且为进一步探索其在黄芩中的功能基因组学提供了宝贵的遗传资源。

基于二代测序的基因表达定量和基于PacBio平台的全长转录本AS分析，已经成为转录研究的常规手段，但是以上两种技术仍不能解决对转录本的定量分析，并且双平台转录组分析无形中增加了实验和分析成本。那么有没有一种技术能够只进行一次转录组测序实验，就能同时进行基因或转录本水平定量分析，以及全长转录本AS分析呢？未来组ONT全长转录组测序分析就能做到！未来组ONT全长转录组上线！全线产品大促销，庆双节！新品上市，优惠多多，欢迎体验不一样的全长转录组！