基于共表达网络挖掘不同前列腺特异抗原水平下的前列腺癌发展相关基因

目的采用权重基因共表达网络分析方法(WGCNA)挖掘不同前列腺特异抗原(PSA)水平下的前列腺癌发展枢纽基因。方法数据来自NCBI的GEO数据库中下载不同PSA水平下的前列腺癌全基因组表达数据集,经过数据预处理后,用WGCNA构建基因共表达网络,识别不同PSA水平下的前列腺癌发展模块与枢纽基因。结果筛选出的差异基因聚集成一个模块,并且找到10个枢纽基因。结论结合文献发现,SNAI2、TRIM29、LAMB3、CYP3A5和SLC14A1这5个基因很可能影响不同PSA水平下前列腺癌的发展。     

基于WGCNA发掘缺磷、红光和黄光处理下三角褐指藻岩藻黄素合成关键基因

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是一种分析多个样本间基因表达模式的方法,可将表达模式相近的基因聚类并发掘与特定的性状或表型相关的关键基因。本研究采用转录组测序和WGCNA方法,分析了三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)在缺磷、红光和黄光等非生物胁迫下对岩藻黄素积累的影响。结果表明,与对照组相比,岩藻黄素含量在缺磷和红光处理后显著提高(P<0.05),但是在黄光处理后显著降低(P<0.05)。利用转录组测序得到的10,392个基因构建加权基因共表达网络,为了确保无标度网络,选择β=18(R²>0.8)作为软阈值。通过对岩藻黄素含量进行关联分析,共鉴定了10个共表达模块,其中purple模块与岩藻黄素含量呈正相关(r=0.9,P=1E–200),并确定了9个关键基因,包括5个岩藻黄素合成通路上的基因(DXR、PSY、PDS1、ZEP2、VDL2)和4个转录因子基因(bHLH5、HOX2、CCHH13、HSF1b)。进一步利用qRT...     

埃及伊蚊不同组织的基因共表达模式分析

【目的】利用权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)探索埃及伊蚊Aedes aegypti不同组织基因共表达模式。【方法】从NCBI SRA数据库中选择埃及伊蚊不同组织的转录组数据中具代表性的9种组织(雌雄成蚊的触角和脑,雌蚊的喙、下颚须和卵巢,雄成蚊的前足、中足、后足和腹部末端)的双端测序数据;经过缺失值移除以及方差计算后,筛选出方差最大的5 000个基因,利用R软件中WGCNA包建立埃及伊蚊成蚊不同组织的基因共表达网络并划分模块;然后利用clusterProfiler包对组织特异性模块内的基因进行GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopediaof Genes and Genomes)富集分析,并用Cytoscape软件中的CytoHubba插件筛选共表达模块内的hub基因。【结果】从埃及伊蚊成蚊不同组织中共鉴定出11个基因共表达模块,在雌蚊触角、喙、卵巢、下颚须以及雄蚊脑、腹部末端组织中各鉴定出1个特异性表达模块,雄蚊前足、中足和后足组织中无特异性表达模块。6个组织特异性表达模块内基因功能注释到组织生物学功能;其中,雌蚊触角特异性green模块内基因具有气味结合和嗅觉受体活性等功能;雌蚊喙特异性purple模块内基因具有丝氨酸型肽链内切酶活性和丝氨酸水解酶活性等功能;雄蚊脑特异性blue模块内基因在生物学过程调节、信号转导和神经系统过程等生物学过程中发挥主要作用。利用CytoHubba进一步鉴定出所选组织特异性共表达模块中具有高连通性的hub基因,包括AAEL010426, AAEL002896, AAEL002600, AAEL000961, AAEL007784和AAEL006429。【结论】本研究依据埃及伊蚊不同组织转录组数据,利用WGCNA方法发现了许多重要的基因共表达模块。本研究的结果为蚊虫基因共表达模式分析提供新思路和方法基础,对探究蚊虫不同组织特有的基因资源信息以及功能基因生物信息学研究有参考价值。     

合浦珠母贝海洋酸化和温度胁迫下基因共表达网络分析

利用共表达网络分析法(WGCNA)筛选出合浦珠母贝外套膜在高温胁迫下影响显著的1个响应基因模块和海水酸化胁迫下的5个响应基因模块,并对模块中包含的基因进行功能富集;分析贝壳蛋白与模块其他基因的关联性,构建矿化基因的应激网络。高温显著响应模块基因富集结果显示细胞骨架蛋白发生了显著的变化,如ARHGEF4、SAP和myosin。酸化应答模块共5个,响应的基因包括呼吸相关的血红素A合成酶、芳香族氨基酸代谢相关的酶、钙粘蛋白和血小板反应蛋白等。另外,高温应答模块聚集了最多矿化基因,包括MSI、Tyrosinase、Fibronectin-like protein等重要的矿化基因,说明这些矿化基因对温度较为敏感。构建基因共表达网络的结果显示钙离子结合蛋白、细胞骨架蛋白、蛋白质糖基化相关的基因关系密切。     

基因共表达网络分析揭示马铃薯薯块发育特征及原始抗性

转录组测序(RNA-seq)技术提供的全基因组数据信息已广泛应用于研究多个样本之间的基因表达模式和调控机制.通过构建种间或种内基因共表达网络(GCNs)挖掘的表达相关基因在功能上通常是相似的.对于马铃薯(Solanum tuberosum)而言,目前有大量的公共转录组测序数据,但是缺乏针对这些高通量数据构建的GCN网络,因此也无法探索在不同基因型、不同组织以及不同环境条件下基因的表达模式及规律.本研究选取16个公共转录组测序数据库构建了 GCN网络,这些数据库涵盖了来自全球各地的11个马铃薯栽培种.基于两两间基因表达相关性,我们在GCN网络中发现了一些具有特定生物学意义的基因模块.该网络共由14个基因模块组成并富集到植物光合形态建成、薯块休眠解除等多个生理过程,其中一个模块的134个基因在原始栽培种(ssp.Andigena)中特异性高表达,且通过功能富集发现这些基因与马铃薯病害和逆境的抗性相关.该结果揭示了在马铃薯人工驯化期间基因进化压力出现遗传漂移.本研究中基于GCN网络分析揭示了马铃薯种间和种内基因共表达模块的聚类以及不同模块基因间在进化上的分化,为马铃薯基因功能研究提供了新的视角.     

VitisMod:一个葡萄基因共表达数据库

葡萄转录组已在各种组织、发育阶段、生物胁迫、非生物胁迫和其他条件下被测定。目前,仍没有简单实用的网络工具来探索这些宝贵的数据。本文从美国国立生物技术信息中心的基因表达数据库(NCBI GEO)下载1019个基因表达芯片数据,进行权重基因共表达网络分析(WGCNA)。鉴定到41个基因共表达模块。功能富集分析发现这些模块具有不同的功能,并与实验/表型相关。通过模块内连接度筛选枢纽基因,这些基因可能具有重要功能。通过关联推定(Guilt-by-association)原理对模块内功能未知的基因进行功能预测。最后,构建了免费的网络工具VitisMod,为葡萄的基因功能研究提供新资源,网址为:http://bioinformatics.fafu.edu.cn/grape。     

特征代谢通路上的基因表达相关性及共调控表达模式

利用随机森林-通路分析法,通过袋外样本OOB的分类错误率筛选特征代谢通路,在特征通路上作基因表达相关性研究并对通路上的基因采用MAP(Mining attribute profile)算法挖掘不同实验条件下基因的共调控表达模式,对共调控表达模式进行聚类.分析结果显示同一特征代谢通路上的基因表达倾向相似,有2条特征代谢通路存在共表达模式.其中一条通路含108个表达模式,对这些模式进行聚类,其最低聚类的相似系数仍高达0.623.说明同一特征代谢通路上的基因共表达模式在不同实验条件下仍具有高度的相似性.对以通路作为基因模块进行复杂疾病的研究具有借鉴意义.     

基于转录组和WGCNA的甘薯花青素合成相关基因共表达网络的构建及核心基因的挖掘*

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)可通过聚类鉴定共表达的基因模块来研究生物学数据与相应性状之间的关系。甘薯[Ipomoea batatas (L.)Lam.]是世界上营养丰富的块根作物之一,紫薯是甘薯的一种特殊品种,因含有大量的花青素而具有较高的营养价值。因此,培育花青素含量高的优质紫薯一直以来都是甘薯育种家所追求的目标。利用传统的育种方法已经培育了一些紫薯品种,但其周期长、工作量大、见效慢,所以急需通过分子设计育种手段来培育高产优质的紫薯新品种。花青素合成相关关键基因的挖掘对紫薯的分子育种具有重要意义。为了挖掘甘薯花青素合成相关基因,以紫薯品种‘徐紫薯3号'和白薯品种‘徐薯18号'的块根为材料进行了转录组测序(RNA-seq),并结合公共数据库中已公布的甘薯基因组信息以及43份紫薯和45份非紫薯块根的RNA-seq数据,通过分析在不同样本间表达量差异大的前50%的基因中选择了26 760个基因进行WGCNA分析。结果表明,利用WGCNA鉴定出28个共表达模块,其中4个为紫薯特异性模块(Grey60模块和Black模块与紫薯显著正相关,Brown模块和Blue模块与紫薯显著负相关)。利用GO功能富集分析发现紫薯特异性模块Grey60可以显著富集到类黄酮和花青素代谢过程。通过计算模块内基因的连通性,分析挖掘到Grey60模块中有47个核心基因,其中包括已报道的8个花青素合成相关基因MYB113、CHS、3个CHI、F3H、GST和LDOX。利用qRT-PCR验证了其中7个核心基因的表达模式。通过构建核心基因的互作网络发现:MYB不仅与已知的花青素合成相关基因bHLH、CHI、GST、F3'H、CHS等存在互作,同时也与DUF914、ABCC4等转运蛋白基因互作;WRKY3与多个核心基因存在互作,如LDOX、GST、CHS等。为高花青素含量紫薯新品种的培育和紫薯花青素生物合成机制的解析提供了理论基础和新思路。     

权重基因共表达网络分析在生物医学中的应用

高通量生物监测方法可以同时检测同一样本的上千个参数,其在生物医学中的应用越来越广泛,但如何系统地分析并从高通量数据中挖掘有用信息,仍是一项重要的课题。网络生物学的出现使人们对复杂生物系统有了更深刻的理解,组织/细胞功能执行具有模块化特点。目前,相关网络(Correlation network)被越来越多地应用于生物信息学,权重基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是描述样品基因表达相关模式的一种系统生物学工具。在此,对WGCNA在疾病分型及预后、发病机制和其他相关领域研究进展作一个较为系统的综述。首先,对WGCNA的原理、分析流程和优势缺点进行总结。其次,介绍如何用WGCNA研究疾病、正常组织、药物、进化和基因组注释。最后,结合新高通量技术展望WGCNA应用新空间。以期科研工作者能够对WGCNA的应用有所了解。     

动态网络模块分析丹酚酸B治疗冠心病作用机制

丹酚酸B是丹参治疗冠心病的主要活性成分之一,具有良好的防治冠心病疗效.通过数据库检索及药效团筛选确定了丹酚酸B的作用靶点,根据靶点蛋白相互作用信息构建其静态蛋白相互作用网络,并整合冠心病表达谱构建疾病和正常状态下的共表达蛋白相互作用网络.采用基于边聚类的快速模块识别算法FAG-EC对疾病状态的共表达网络进行模块分析和GO富集分析,然后将获得的功能模块映射到正常状态下的共表达网络,获得相对应的功能模块,并对不同状态下的功能模块进行对比分析,揭示模块在不同状态下动态变化信息;基于模块功能分析,结果显示,丹酚酸B主要通过调节免疫/炎症反应、凝血、血液循环、花生四烯酸代谢、成纤维细胞生长因子受体信号传导途径、肾素-血管紧张素系统、脂质代谢以及基础代谢等途径达到治疗冠心病的效果.