不同抗逆性菠萝品种的差异基因和差异代谢物分析

该研究对2个不同抗逆性的菠萝品种PZ2(抗逆性较差)和PZ3(抗逆性强)进行转录组和代谢组比较分析,以探索品种间抗逆性差异的分子生理机制,为菠萝抗性育种提供理论依据。(1)转录组结果显示,以PZ2为对照,在2个品种间共筛选到1 667个差异表达基因,上调和下调的差异表达基因分别为770个和897个;其中筛选到20个与抗逆性相关的差异表达基因,包括WRKY和MYB转录因子基因以及ASR3、SOD1、POD48、HSP20、GSTF1、GSTU17等基因。(2)代谢组分析表明,以PZ2为对照,在2个品种间共筛选到208个差异代谢物,含量上调和下调的差异代谢物分别为98个和110个,其中22种差异代谢物与抗逆性相关,包括氨基酸及其衍生物、脂类、黄酮类、糖类和糖苷等。(3)qRT PCR分析验证表明,所选的8个差异表达基因在菠萝品种PZ2与PZ3中的差异表达趋势与转录组测序中差异基因表达水平变化趋势基本一致。(4)关联分析表明,差异表达基因和差异代谢物共同富集的通路有类黄酮生物合成,苯丙素生物合成,莨宕烷、哌啶和吡啶丙酸盐生物合成,半胱氨酸与蛋氨酸代谢等4条。研究发现,抗逆性强的菠萝品种的非生物逆境反应相关基因、抗氧化酶基因、逆境响应结构基因和调控基因的表达水平高于抗逆性较差的品种,且黄酮类、氨基酸衍生物类及木脂素、脂质等代谢物的含量也高于抗逆性较差的品种。     

沉默大豆GmWRKY33B基因导致大豆抗病性降低

WRKY转录因子基因家族是植物特有的转录因子,在防御中起着重要作用。通过生物信息学分析,本研究在古四倍体大豆(Glycine max)基因组中找到一对同源性高达93%的WRKY33同源基因,并将其命名为GmWRKY33B。从GmWRKY33B的两个同源基因保守区域选取一个315 bp片段构建至菜豆豆荚斑驳病毒(bean pod mosaic virus, BPMV)沉默载体(BPMV-VIGS)上,以期同时沉默上述2个GmWRKY33B基因。结果表明,同时沉默2个GmWRKY33B基因并不显著改变沉默植株的表型,但却显著降低了大豆对大豆斑点病菌以及大豆花叶病毒的抗性,说明GmWRKY33B在大豆免疫反应中起正调控作用。激酶分析表明,GmWRKY33B沉默植株中flg22诱导的GmMPK6的磷酸化水平较空载体BPMV-0植株显著降低,说明GmWRKY33B可以通过调控GmMPK6的激酶活性而参与大豆的免疫反应。抗毒素为大豆中主要起防御作用的植保素,而大豆异黄酮类特异性异戊烯基转移酶(prenyltransferase, PT)基因家族是参与大豆抗毒素生物合成的主要基因,许多PT基因启动子区含有与WRKY特异性结合的W-box序列。在丁香假单胞菌pv.甘氨酸(Pseudomonas syringae pv. glycinea, Psg)侵染条件下,4个PT基因的表达水平在沉默株系中显著降低,说明GmWRKY33B参与PT基因的转录激活。综上所述,GmWRKY33B通过调控GmMPK6的激活以及调控大豆抗毒素生物合成途径中关键酶编码基因的表达而参与免疫反应。     

肺癌细胞中调控ezrin基因基本转录活性的顺式作用元件及转录因子的鉴定

研究发现,质膜-细胞骨架连接蛋白Ezrin在多种肿瘤细胞中异常表达,而且Ezrin的表达上调与肿瘤细胞的移动侵袭相关,但是调控ezrin基因转录的分子机制却不清楚．为了探明ezrin基因的转录调控机制,以肺癌细胞A549为材料,首先采用双荧光素酶报告基因分析系统检测ezrin基因5′侧翼嵌套缺失序列和位点突变序列的转录活性,鉴定肺癌细胞中ezrin基因的基本启动子区以及关键的顺式作用元件Sp1结合位点 (-75/-69) 和AP-1结合位点 (-64/-58)．其次,利用凝胶电泳迁移率变动分析证明,肺癌细胞核蛋白提取物能够与ezrin基因含有关键顺式作用元件的DNA序列结合,形成DNA-核蛋白复合物,而且Sp1结合位点和AP-1结合位点与重组蛋白rhSp1和rhAP-1的结合具有位点特异性．最后,利用瞬时转染实验证实,转录因子Sp1和AP-1 (由c-Jun和c-Fos组成的异源二聚体) 分别通过Sp1结合位点和AP-1结合位点,增强ezrin基因基本转录活性,而且,过表达转录因子Sp1、c-Jun或c-Fos上调了Ezrin蛋白表达．研究确定,肺癌细胞中调控ezrin基因基本转录活性的关键顺式作用元件是Sp1结合位点 (-75/-69) 和AP-1结合位点 (-64/-58),与之作用的转录因子Sp1和AP-1对于ezrin基因的转录激活作用至关重要．     

基于比较转录组学分析NaCl胁迫影响德尔卑沙门氏菌的耐渗机制

【目的】研究高渗胁迫条件下德尔卑沙门氏菌(Salmonella enterica subsp. enterica Derby, S. Derby)的转录组调控机制,分析差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)表达水平,探究在高渗胁迫影响下德尔卑沙门氏菌耐渗反应的相关代谢通路。【方法】通过高渗胁迫诱导德尔卑沙门氏菌的耐渗性,提取菌株的总RNA,去除rRNA,构建cDNA文库。利用转录组测序技术及生物学信息技术分析相关DEGs,并通过实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)进行验证。【结果】胁迫组德尔卑沙门氏菌通过转录组测序结果发现有3 950个DEGs,其中具有显著上调的基因21个,显著下调基因38个。涉及到细胞膜蛋白、氨基酸的代谢等相关基因上调,协助德尔卑沙门氏菌在高渗环境中存活。与此同时,胁迫组德尔卑沙门氏菌的糖转运系统(sugar transport system, PTS)、糖酵解过程以及抗氧化性相关基因表达显著下调,这是由于高渗环境菌体需要在体内储存大量糖类等物质,从而降低了糖原的消耗,进而导致细胞外膜的脂多糖合成受到抑制,降低了高渗胁迫下德尔卑沙门氏菌细胞膜表面的O抗原的合成。【结论】高渗环境诱导后显著提高了德尔卑沙门氏菌的耐渗性,其中Na⁺/H⁺逆向转运蛋以及谷氨酸的代谢通路发挥着重要的作用,为进一步了解以及更好地控制其在食品中的污染提供了理论依据。     

阿卡波糖生物合成调控蛋白的钓取与功能解析

[目的] 发现游动放线菌Actinoplanes sp.SE50/110中阿卡波糖生物合成的调控因子,并提高其产量。[方法] 首先,利用DNA亲和层析技术,钓取与阿卡波糖生物合成基因簇2个双向启动子区域结合的调控蛋白。然后,在阿卡波糖产生菌QQ-2中强化表达或敲除这些调控蛋白编码基因,进行体内功能验证。同时,利用大肠杆菌BL21（DE3）异源表达获得可溶性蛋白,通过凝胶阻滞实验验证蛋白与启动子区域的结合能力。[结果] 经DNA亲和层析及蛋白质质谱分析,钓取出9个与双向启动子P_WV和P_AB结合的调控蛋白。在QQ-2中分别强化表达和缺失这9个调控基因后发现,基因ACPL_1889的强化表达使阿卡波糖产量提高25%,而该基因的缺失使产量降低22%;基因ACPL_5445、ACPL_3989的强化表达使阿卡波糖产量分别降低12%和39%,而这两个基因的缺失使产量分别提高15%和8%。对阿卡波糖生物合成基因转录水平的检测发现,强化表达基因ACPL_1889使acbA、acbB、acbW、acbV的转录水平升高,而缺失该基因使这4个基因的转录水平降低;敲除基因ACPL_5445使这4个基因转录水平均有提高;强化表达基因ACPL_3989使这4个基因的转录水平均下降,而其敲除使acbW和acbA的转录水平分别提高了约100倍和40倍。在凝胶阻滞实验中,ACPL_1889与ACPL_3989均能与acb基因簇的启动子区域结合。最后将正调控基因的强化表达和负调控基因的敲除进行组合,使阿卡波糖产量提升32%。[结论] 本研究发现了9个与阿卡波糖生物合成基因簇的启动子区域结合的调控蛋白,通过体内、体外实验证明ACPL_1889为阿卡波糖生物合成的正调控因子、ACPL_5445和ACPL_3989为负调控因子,不但为揭示阿卡波糖生物合成的转录调控机制奠定了基础,而且这些调控基因的改造显著提升了阿卡波糖的产量。     

芥菜型油菜WRKY71转录因子基因家族的鉴定及表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及逆境胁迫中起重要作用。该研究在芥菜型油菜基因组概览测序的基础上,采用RT PCR技术克隆了4个芥菜型油菜WRKY71s基因,分别命名为BjuWRKY71 1 4。生物信息学分析表明,BjuWRKY71 1 4基因开放阅读框（ORF）分别为822、840、834和855 bp,分别编码273、279、277和284个氨基酸,预测分子量和等电点分别为30.80、27.11、31.58、32.18 kD和7.75、9.08、8.35、7.76。系统进化树分析表明,BjuWRKY71 1 4与白菜WRKY71转录因子相似性最高。亚细胞定位预测分析结果显示,BjuWRKY71s蛋白均定位于细胞核。这4个基因分别定位到芥菜型油菜的A09、B04、A07和scaffold144上。qRT PCR结果表明,4个BjuWRKY71s基因在高盐、脱落酸和低温胁迫下都有响应。在盐胁迫下, BjuWRKY71 3的表达量呈持续上升趋势,而其他3个基因在6 h时表达量达到最大,然后降低;在ABA处理下,BjuWRKY71s基因于6 h时表达量最大,随后逐步降低;低温处理后,BjuWRKY71s基因受低温诱导都显著上调表达。BjuWRKY71 4在该研究的3个胁迫条件下响应最为敏感。研究结果为进一步探讨该基因家族对芥菜型油菜逆境调控机制奠定了基础。     

桑树花青素合成相关MYB类转录因子的鉴定与功能分析

该研究通过生物信息学方法,从桑树基因组中获得了8个花青素生物合成调控关键转录因子（MYB）候选基因,利用转录组数据及实时荧光定量PCR技术,分析了各基因在不同组织及果实发育过程中的表达。聚类分析结果显示,4个MYB基因与葡萄、水稻和玉米花青素调控相关MYB基因聚为一类,仅1个MYB基因与拟南芥、苹果花青素调控相关MYB基因聚为一类。转录组数据显示多数基因在雄花中高水平表达。实时荧光定量PCR结果表明,2个MYB基因（MnMYBJ和MnMYB4）在果实发育过程中持续下调,1个MYB基因（MnMYB330）在果实发育过程中显著上调,分别与花青素在桑椹中的积累成负相关和正相关关系。因此,桑树MYB基因家族对花青素的积累可能存在正调控与负调控两种机制。     

辣椒CaWRKY14转录因子的生物学特性研究

WRKY转录因子是植物响应病原菌胁迫最重要的转录因子之一,且参与抗病反应及信号传导通路的调控。为研究辣椒WRKY基因的生物学特征,以辣椒高抗疫病材料CM334为试材,克隆获得响应疫霉菌诱导的转录因子CaWRKY14。生物信息学分析表明,该基因DNA全长2 530 bp,cDNA全长1 662 bp,含有5个内含子,编码553个氨基酸,含有1个WRKY保守结构域,属于Group Ⅱ(b)。实时荧光定量表达分析表明,CaWRKY14不仅受ABA和疫霉菌胁迫诱导表达,且表达量分别在12 h和24 h时达到峰值,分别是对照的8.54和8.04倍,同时也受高盐、热激和干旱胁迫诱导。利用VIGS技术对CaWRKY14转录因子进行沉默后发现,抗病材料CM334接种疫霉菌后趋于发病。研究表明,CaWRKY14基因在辣椒响应疫霉菌胁迫进程中可能发挥着重要作用。     

嗜水气单胞菌中转录因子AHA_1581对细菌生理功能调控机制的研究

[目的] LuxR家族转录因子能够抑制或刺激不同功能类型基因的表达,来维持细胞功能的稳定性。嗜水气单胞菌是水产养殖中重要的致病菌之一,目前对该菌中的LuxR家族转录因子功能的研究还较少。[方法] 本研究利用含有sacB标记的自杀载体pRE112和同源重组技术敲除LuxR家族转录因子AHA_1581基因。[结果] 生理表型测定结果发现,ΔAHA_1581的运动与胞外蛋白的酶活增强、生物被膜形成能力降低,且耐受低温、卡那霉素、庆大霉素胁迫,但是对K₂Cr₂O₇更加敏感。进一步对野生型Ah和ΔAHA_1581的定量蛋白质组学分析,共鉴定到2654个蛋白,其中59个蛋白下调表达,142个蛋白上调表达。生物信息学分析表明AHA_1581参与调控双组分调节系统、丙酮酸代谢、碳代谢、TCA循环等细菌重要生理过程,以及细菌耐药基因和毒力因子的差异表达。[结论] 了解AHA_1581基因在调控细菌毒力以及生物过程中所起的重要作用,对预防和控制嗜水气单胞菌引起疾病的发生和传播可能具有重要的科学意义。     

COPD 差异表达基因的生物信息学分析及在LUSC样本中的表达

为确定慢性阻塞性肺病(COPD)的分子标记物及COPD与肺鳞状细胞癌(LUSC)共存的差异表达基因,探寻COPD合并肺癌的预测因子,发现新的治疗靶点。本研究采用生物信息学方法,从GEO数据库中筛选3套基因芯片数据集,挖掘COPD患者小气道上皮细胞(SAEC)的差异表达基因(DEG)以及潜在的生物标记物,并通过基因本体(GO)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析预测DEGs的功能及参与的代谢途径。继而对DEGs构建PPI网络,使用Cytoscape软件筛选子模块和Hub基因,并将Hub基因通过TCGA数据库分析其在LUSC中的差异表达情况及差异基因间的相关性。结果共获得52个上调基因和24个下调基因,代谢通路主要集中在细胞色素P450对外源物质的代谢、化学致癌、花生四烯酸代谢及甲状腺激素合成四条途径上,通过Cytoscape软件从PPI网络中筛选得到2个功能模块和10个Hub基因,进一步验证发现其中5个基因在TCGA数据库中的LUSC样本中同样差异表达。由此推测SPP1、ALDH3A1、SPRR3、KRT6A和SPRR1B 可能为COPD 分子标记物及COPD与LUSC共存的DEGs,从而为研究COPD和LUSC的发病机制及二者潜在关系奠定良好的基础。     

刺芹侧耳不同发育时期的转录组差异分析

为了探讨刺芹侧耳子实体生长发育时期的基因表达变化,本文利用高通量测序技术对刺芹侧耳不同发育时期（菌丝期、原基期、子实体时期）进行RNA-Seq分析,在转录水平上解析差异表达基因在刺芹侧耳生长发育过程中的作用和功能。KEGG功能富集显示,菌丝期差异表达基因主要富集在碳代谢和氨基酸代谢中,其中三羧酸循环中编码柠檬酸合酶、乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶、琥珀酰辅酶A合成酶、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶的基因表达量均上调,说明碳代谢和氨基酸代谢是菌丝时期的主要能量来源;原基期上调的差异表达基因主要富集在脂肪酸代谢,其中RT-PCR定量结果显示原基期编码脂肪酸合酶的基因和编码脂酰辅酶A合成酶的基因下调,编码超氧化物酶的基因和编码过氧化氢酶的基因上调,表明脂肪酸代谢和抗氧化酶对刺芹侧耳原基期维持机体的稳定和生物应激方面起着重要作用。子实体时期上调的差异表达基因主要富集在剪接体、类固醇的生物合成以及AMPK信号通路中,说明环境因子对子实体时期有一定的影响。     

基于转录组的不同火龙果品种抗性差异分析

不同的品种抗性不同,为进一步探究不同火龙果品种之间的抗性差异,为后续火龙果抗性育种提供参考,该研究利用Illumina HiSeq 2000测序平台对'普通白肉'(BR)和'厄瓜多尔黄龙'(EY)两个品种进行转录组测序分析,并参考GO Ontology、KEGG等公共数据库对差异表达基因进行功能分类与富集分析.结果表明...     

基于高通量转录组测序技术的无精子症患者睾丸组织比较转录组分析

本研究探讨不同程度无精子症患者睾丸组织的转录组差异,了解差异表达基因(DEG)在功能、分类和代谢通路的不同,揭示无精子症患者精子发生分子机制,为促进男性不育研究的发展提供理论基础.选取1份非梗阻性无精子症和4份梗阻性无精子症患者睾丸组织样品(从无精子到有精子),进行RNA提取和文库构建,利用Illumina HiSeqTM2500高通量测序,构建无精子症患者睾丸组织转录组文库,并用生物信息学方法进行分析.结果发现,样品比对基因组数据库的平均比对率为94.38%,共检测2 242个属于预测新的蛋白质编码基因的转录本.得到差异表达基因统计结果为:NOA vs. OA1基因上调8 045,下调1 150;OA1 vs. OA2基因上调1 538,下调420;OA2 vs. OA3基因上调1 275,下调1 690;OA3 vs. OA4基因上调1 834,下调1 853.比较5例无精子症睾丸组织的差异基因KEGG,主要富集在RNA降解通路、基底细胞瘤通路、癌通路、黑色素生成通路和调节干细胞多能性等信号通路. PRM1、PRM2、TNP1、UBXN6、CXCL16、NUPR2、CCDC136和CRISP2等基因的表达呈递增趋势,并具有时序特异性.此外,5例无精子症睾丸组织的表达基因有不同程度的基因融合.综上,基因融合可能和无精子症相关,并且不同程度无精子症患者睾丸组织的差异表达基因数量、功能、分类和代谢通路不同.本研究筛选出精子发生、精子运动等差异表达基因,丰富了无精子症患者睾丸组织转录组信息,为开展无精子症患者睾丸组织相关基因及分子调控机制的研究奠定基础.     

Identification of potential key genes in anaplastic thyroid cancer using bioinformatics analysis

Anaplastic thyroid cancer (ATC) has a high degree of malignancy and poor prognosis. The purpose of this study was to determine differentially expressed genes (DEGs) in ATC through biometric analysis technology, clarify potential interactions between them, and screen genes related to the prognosis of ATC. Using obtained DEGs, Gene Ontology (GO), Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), Protein-protein interaction (PPI), and survival analysis were performed. After R integration analysis of the four datasets, 764 DEGs were obtained, i.e., 314 upregulated genes and 450 downregulated genes. Among the hub DEGs obtained from the PPI network, the expression levels of TYMS, FN1, CHRDL1, SDC2, ITGA2, COL1A1, COL9A3, and COL23A1 were associated with ATC prognosis. These results showed that the recurrence-free survival (RFS) of ATC was associated with TYMS, FN1, ITGA2, COL23A1, SDC2, and CHRDL1 statistically significantly in the KM plotter (P<0.05). Thus, the study suggests that TYMS, FN1, ITGA2, COL23A1, SDC2, and CHRDL1 may be used as potential biomarkers of ATC. These findings provide new insights for the detection of novel diagnostic and therapeutic biomarkers for ATC.     

东乡野生稻苗期响应低温胁迫的转录组分析

为了解东乡野生稻（Oryza rufipogon）对低温胁迫的响应机制,对苗期的RNA-seq转录表达谱进行了研究。结果表明,与对照相比,共检测到10 200个差异表达基因（DEGs）,其中5 201个上调表达,4 999个下调表达,其中有426个DEGs位于已报道的水稻耐冷QTL区间,且37个为耐冷调控相关的家族基因。GO功能分类和KEGG代谢路径分析表明,核酸结合转录因子活性、氨基酸生物合成以及光合作用代谢等均参与响应低温胁迫过程。实时荧光定量分析表明,ABA响应蛋白基因、MYB转录因子和40S核糖体蛋白SA基因等12个可能与低温胁迫响应相关的DEGs表达模式与RNA-seq的一致。可见,植物激素传导途径和转录因子相关调控基因在东乡野生稻苗期响应低温胁迫过程中起重要作用。