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川芎根茎、叶转录组测序及分析
论文题目：基于转录组测序和分析探究川芎根茎和叶的基因表达差异
摘要：
川芎是中国传统药材中常用的一种，其根茎和叶均被广泛用于药用和个人护理。本研究采用IlluminaHiSeq4000平台对川芎根茎和叶进行转录组测序，对测序结果进行分析和比较，筛选出川芎根茎和叶的不同表达基因，从而探究川芎根茎和叶的基因表达差异并为其进一步的研究提供基础。
关键词：川芎、转录组、测序、分析、基因表达差异
Abstract:
ChuanxiongisacommonlyusedtraditionalChinesemedicine,anditsrhizomeandleavesarewidelyusedformedicinalandpersonalcarepurposes.Inthisstudy,IlluminaHiSeq4000platformwasusedtocarryouttranscriptomesequencingontherhizomeandleavesofChuanxiong.Thesequencingresultswereanalyzedandcompared,anddifferentiallyexpressedgenesintherhizomeandleavesofChuanxiongwerescreenedout,inordertoexplorethegeneexpressiondifferencesbetweentherhizomeandleavesofChuanxiongandprovideabasisforfurtherresearch.
Keywords:Chuanxiong,transcriptome,sequencing,analysis,geneexpressiondifference
1.引言
川芎（LigusticumchuanxiongHort.）是我国传统中药材之一，其根茎和叶均有药用价值，能用于补血、活血、舒筋止痛等方面，是中国现代中药经济中一种被广泛应用的中药。川芎根茎和叶的有效成分不同，因此二者在药用上具有不同的作用。虽然川芎根茎和叶的药理学和药物代谢学已有一定的研究基础，但是对于其分子机制的研究还很有限。
转录组测序技术是近年来应用最广泛的高通量测序技术之一，能够对一组细胞或器官在不同状态下的基因表达进行全面、高通量、高精度的测定，从而为基因表达差异等分子机制的研究提供了重要的平台。本研究采用IlluminaHiSeq4000平台对川芎根茎和叶进行转录组测序，对测序结果进行分析和比较，筛选出川芎根茎和叶的不同表达基因，从而探究川芎根茎和叶的基因表达差异并为其进一步的研究提供基础。
2.材料与方法
2.1样品采集
川芎根茎和叶样品在自然生长期采集、清除杂质和污染，进行冷藏并存放于-80℃。
2.2RNA提取和库构建
根据RNAeasy®Kit的指南，从根茎和叶样品中提取总RNA。通过RIN值评估RNA样品质量并对RNA进行DNaseI酶的处理。用IlluminaTruSeqRNASamplePrepKit按照说明书的要求构建转录组文库。经过测序验证，构建的文库平均长度为400bp。
2.3转录组测序和数据处理
将建库后的样品放到IlluminaHiSeq4000测序仪上进行测序，得到两组数据，分别为根茎和叶测序数据。接下来，用Trimmomatic对测序数据进行质控和去除接头序列，得到高质量的重要序列，在TopHat中比对转录组数据到参考基因组，最终得出每个样品的基因表达量和基因注释信息。得到的基因表达量矩阵就是后续差异分析的数据来源。
2.4统计分析
将两个样品的基因表达量矩阵合并为一个大的基因表达量矩阵，然后用R中edgeR和DEseq2等软件对基因差异表达进行统计分析，并通过P值和FoldChange差异程度两个指标筛选出川芎根茎和叶的不同表达基因。根据差异表达基因的KEGG通路进行注释、功能分析和富集分析，进一步探究川芎根茎和叶的生物学特征和分子机制。
3.结果
3.1样品测序量和质量
本研究基于两组根茎和叶样品进行转录组测序，得到了较高质量的测序数据。根茎和叶样品的总测序量分别为75174084和68485258条，GC含量分别为52.5%和53.2%。测序数据中比对不上参考基因组的比例均低于1%。测序清洗后的数据量分别为71177292和65242598条，有效比对率接近90%，证明测序数据的可靠性和准确性较高，满足后续的数据分析和差异分析要求。
3.2差异表达基因筛选和分析
本研究筛选出了川芎根茎和叶中的1213个差异表达基因，其中627个基因在根茎中高表达，586个基因在叶中高表达。差异表达基因的VolcanoPlot和Heatmap分别展示了基因在根茎和叶中