感染球孢白僵菌的家蚕免疫应答差异表达基因分析

【目的】筛选家蚕Bombyx mori应对白僵菌Beauveria bassiana侵染的应答基因, 以进一步研究家蚕抵御真菌侵染的分子机制。【方法】采用新一代Solexa高通量测序技术对感染白僵菌及未感染白僵菌的对照组家蚕进行了测序分析, 筛选差异表达基因; 结合生物信息学工具分析差异表达基因的功能注释、 分类及涉及的信号通路等; 应用荧光定量PCR技术验证10个基因的差异表达。【结果】通过测序和生物信息学分析共获得377个差异表达基因, 其中表达上调基因236个, 下调基因141个; KEGG通路分析表明, 各通路中既有表达上调的基因, 也有下调基因; 12个上调基因、 26个下调基因参与3个显著性富集的KEGG通路, 即核糖体、 氨酰tRNA生物合成和剪接体通路。定量PCR与测序结果显示, 溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S-转移酶、 肽聚糖识别蛋白等与免疫应激相关的蛋白基因均呈现表达上调。【结论】本研究筛选获得的差异表达基因, 特别是上调表达的基因可能与家蚕应对白僵菌侵染的应答机制有关, 其中与免疫应激相关的蛋白基因如溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S 转移酶、 肽聚糖识别蛋白基因等可能直接参与了家蚕对白僵菌的免疫识别和防御, 研究结果为从分子水平阐明家蚕抵御真菌侵染的防御机制和白僵菌对家蚕的致病机理提供新的依据。     

草地贪夜蛾取食Cry1Ab和Cry1Fa蛋白后中肠转录组及ABC基因表达分析

【目的】为揭示草地贪夜蛾Spodoptera furgiperda幼虫取食Bt蛋白后与中肠上相关ATP结合盒转运子(ATP-binding cassette transporter, ABC)蛋白基因的表达量变化的关系。【方法】分别使用含活化晶体蛋白Cry1Ab (LC₇₀=240.2 μg/g)和Cry1Fa (LC₇₀=270.0 μg/g)蛋白的人工饲料饲喂草地贪夜蛾4龄幼虫48 h,利用高通量测序对中肠进行转录组测序并进行生物信息学分析,筛选处理后差异表达基因;利用RT-qPCR验证差异表达ABC基因的表达量。【结果】与饲喂正常人工饲料的对照相比,饲喂含240.2 μg/g Cry1Ab和270.0 μg/g Cry1Fa的人工饲料后草地贪夜蛾4龄幼虫中肠转录组中分别检测到1 305和1 202个差异表达基因。Cry1Ab和Cry1Fa处理组与对照组之间分别有994和912个差异表达基因被GO功能注释到生物学过程、分子功能和细胞组分三大类。在最终筛选到的9个差异表达的ABC家族基因中,Cry1Ab处理组与对照组之间有4个差异表达ABC基因,3个上调,1个下调; Cry1Fa处理组与对照组之间有5个差异表达ABC基因,2个上调,3个下调;Cry1Ab和Cry1Fa处理组与对照组之间有2个ABC基因(LOC118267200和LOC118267201)表达量均显著上调。RT-qPCR验证结果表明,与对照组相比,Cry1Ab处理组有3个ABC基因表达量极显著上调,2个ABC基因表达量下调;Cry1Fa处理组有5个ABC基因表达量上调,1个ABC基因表达量下调。【结论】Cry1Ab和Cry1Fa蛋白的摄入可以影响草地贪夜蛾幼虫中肠一些ABC家族基因的表达量变化,这些基因的表达量变化与昆虫抗性产生有关。经比对后发现,ABCC家族与ABCG8基因表达量变化显著。本研究为下一步明确草地贪夜蛾体内ABC转运蛋白在Bt蛋白杀虫机制中的作用,以及合理使用Bt蛋白防治草地贪夜蛾及延缓抗性提供了理论依据。     

环境胁迫和非胁迫条件下类植物乳杆菌转录组分析

【背景】类植物乳杆菌L-ZS9是一株在食品发酵与保鲜方面具有潜在应用价值的产细菌素益生菌。【目的】深入了解环境胁迫影响类植物乳杆菌L-ZS9细菌素合成的重要相关调节基因的信息。【方法】通过高通量测序技术对类植物乳杆菌转录组进行测序,对所有转录本进行COG(Clusters of Orthologous Groups)、GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分类和Pathway注释。【结果】转录组测序显示2个样品基因覆盖度都在90%以上,差异表达基因927个,其中744个上调,183个下调。KEGG分析结果表明,649个差异表达基因中68个集中在"ABC转运途径",占10.48%,其中3个基因表达上调超过16倍,1个基因表达下调超过1/16,暗示类植物乳杆菌L-ZS9细菌素合成与"ABC转运途径"密切相关。另外多个孤儿基因表达变化也超过16倍,有的甚至表达上调达万倍。【结论】进一步拓展了类植物乳杆菌的基因信息,为类植物乳杆菌细菌素代谢途径和逆境反应研究提供了坚实的基础。     

茶树种子发育过程的转录组分析

该研究以‘铁观音’茶树品种的种子为试验材料,采用转录组测序技术分析种子发育的3个时期(幼果期、膨大期、成熟期)的表达差异,探究茶树种子油脂代谢的分子机制。结果表明:(1)经转录组测序、组装后共获得30 940 581个clean reads,经数据合并拼接最终得到36 951条非冗余Unigene序列,其中28 476个Unigene可得到功能注释;在转录本中能够被注释到GO分类的Unigene有11 201条(30.3%),KEGG分析发现共有17 172个基因参与了127个代谢通路。(2)经KEGG通路筛选出14条与脂肪酸代谢相关的通路,且随着茶籽的发育,大部分脂肪酸调控途径相关基因呈下调趋势,其中上调基因数最多的有α-亚麻酸代谢途径和脂肪酸降解途径(有17个基因表达量上调),下调基因数最多的是甘油磷脂代谢途径(有58个基因表达量下调);在茶籽发育幼果期α-亚麻酸代谢途径中表达量上调的基因数超过表达量下调的基因数。(3)研究发现茶籽脂肪酸合成相关的基因涉及14个脂类调控途径,共409条差异基因;随着茶树种子发育到成熟期,上调的差异表达基因数量在减少,下调的差异表达基因数量增加,其中α-亚麻酸途径中的基因PLA2G16、DAD1、pldA、FabF、FabI表达量上调显著,随后表达量下调。(4)qRT-PCR检测结果表明,7个茶树FAD和1个ACP差异表达基因的水平与转录组测序结果基本一致;随着茶籽的发育,基因CsFAD7和Δ6-CsFAD从幼果期、果实膨大期至果实成熟期都为差异下调表达,CsFAD2、CsFAD6和Δ7-CsFAD为差异上调表达,CsFAD8、Δ8-CsFAD和CsACP在幼果期至果实膨大期差异上调表达,在果实膨大期至果实成熟期差异下调表达。     

巴斯德毕赤酵母甲醇诱导表达磷脂酶A2的转录组学分析

【目的】基于转录组学技术研究表达磷脂酶A_2的毕赤酵母重组菌在甲醇诱导表达外源蛋白时的基因表达差异,从而解析外源蛋白高效诱导表达机制,为进一步工程菌株的改造提供理论支撑。【方法】以一株产磷脂酶(PLA_2)的毕赤酵母为出发菌株,采用RNA-Seq二代测序方法,研究在甘油培养和甲醇诱导两种条件下,重组毕赤酵母转录组基因表达差异情况。【结果】重组毕赤酵母中共鉴定到5225个转录本。甘油培养与甲醇诱导相比,共有857个基因发生显著变化。依据代谢途径分类,差异基因集中在核糖体成分、甲醇代谢、磷酸戊糖途径、糖酵解途径、柠檬酸循环、乙醛酸循环以及蛋白质加工过程。【结论】通过分析甲醇诱导前后的差异表达基因,结果表明碳源改变对胞内代谢会产生全局影响。本研究结果为进一步研究毕赤酵母表达外源蛋白的机制提供了基础。     

肺形侧耳低温胁迫时期的转录组分析

本文以肺形侧耳栽培菌株X57为研究对象,利用高通量RNA测序技术对4℃低温处理0h、6h和12h后的肺形侧耳进行基因表达分析来探讨肺形侧耳低温应答机制。分析结果筛选出低温处理6h差异表达基因742个,其中上调表达基因374个,下调表达基因368个;低温处理12h差异表达基因1 489个,其中上调表达基因占53%,下调表达基因占47%。Gene Ontology（GO）功能聚类分析表明,差异表达基因主要富集在结合、催化分子功能组和代谢过程、细胞过程生物学过程中。KEGG功能富集分析结果显示,差异基因主要富集在氨基酸、核糖体和类固醇生物合成,及氮类物质代谢的通路上,富集到与低温胁迫相关通路MAPK signaling pathway-yeast上的基因表达随低温处理时间的增加呈上调趋势。已报道HOG-MAPK通路是MAPK途径研究较为明确、信号传递单一的真菌低温胁迫中重要的通路,本文运用生物信息学软件构建肺形侧耳的HOG-MAPK通路,并利用荧光定量PCR对相关基因表达进行验证,结果显示以低温处理0h为参照,随着低温胁迫时间增加通路上大部分基因的表达量持续上升,且差异显著,与RNA‐Seq分析结果一致。本文通过全面分析肺形侧耳低温胁迫时期基因表达情况,为进一步研究肺形侧耳低温胁迫相关重要基因的功能鉴定与信号通路调控机理提供基础。     

基于同位素标记相对和绝对定量技术研究耐铬(VI)菌株CM01的蛋白定量组学

【背景】六价铬[Cr(VI)]作为一种高毒性的重金属污染物,用微生物学方法还原Cr(VI)既经济又环保。【目的】探究耐铬菌株CM01中与耐受或还原铬Cr(VI)有关的蛋白或基因,从分子水平上阐述其耐铬Cr(VI)机制。【方法】运用同位素标记相对和绝对定量技术(isobarictagsforrelativeand absolute quantitation techniques,iTRAQ)分析耐铬菌株CM01在有无铬Cr(VI)胁迫下的蛋白表达差异。运用RT-qPCR技术验证4种与代谢途径有关的上调蛋白的m RNA表达量。运用紫外分光光度计测定细胞表面疏水性。【结果】共鉴定到2 570个蛋白,其中存在显著差异的蛋白数为646个,上调蛋白数量343个,下调蛋白数量303个。CM01中的Fe/Mn超氧化物歧化酶、甜菜碱醛脱氢酶、磷酸戊糖途径、磷酸肌醇代谢途径、氨基酸代谢共同参与了菌株对于外源性Cr(VI)的响应机制。RT-qPCR实验结果表明,与代谢途径有关的4种蛋白其基因转录水平和蛋白水平一致。对照组CM01的细胞表面疏水性高于实验组。【结论】初步探索了耐铬菌的Cr(VI)响应机制,为利用微生物治理环境污染提供了理论支持和新的研究思路。     

硫酸锌添加对酿酒酵母乙酸胁迫条件下全局基因转录的影响

【目的】利用转录组测序研究硫酸锌添加提高絮凝酿酒酵母SPSC01乙酸胁迫耐性的分子机理。【方法】在10.0 g/L乙酸胁迫条件下,添加0.03 g/L硫酸锌,取对数期酿酒酵母细胞,与不添加硫酸锌的对照组细胞进行比较转录组分析。【结果】添加硫酸锌的实验组与对照组相比较,50个基因转录水平上调,162个基因转录水平下调,这些转录水平变化明显的基因涉及糖代谢、甲硫氨酸合成、维生素合成等多条代谢途径,此外,转录水平变化的基因还包括抗氧化酶基因等关键胁迫响应基因。【结论】硫酸锌添加可改变酿酒酵母全局基因转录水平,提高抗氧化酶及其他胁迫耐性相关基因的表达,影响细胞氧化还原平衡和能量代谢,通过对多基因转录的调控提高酿酒酵母乙酸耐受性。     

双向电泳和质谱技术分析樟芝无性孢子萌发相关蛋白

【目的】采用双向电泳(2DE)、质谱技术和实时荧光定量PCR(RT-q PCR)技术分析樟芝无性孢子萌发相关蛋白。【方法】分别提取培养0 h和24 h的樟芝孢子总蛋白并进行双向电泳分离,再用PDQuest软件进行差异蛋白分析,并用MALDI-TOF-MS技术对差异蛋白进行鉴定;其次将鉴定成功的蛋白与孢子萌发相关蛋白的本地数据库进行比对,获得樟芝中的孢子萌发相关蛋白信息,最后用RT-qPCR技术对相关基因的转录水平进行分析。【结果】两组样品共有32个差异蛋白点,其中在24 h表达量上调的蛋白25个,下调的蛋白7个。将32个差异蛋白点挖取鉴定,成功鉴定24个。其中,与孢子萌发相关的蛋白有10个,分别为GerO、Ubc1、Cat-1、Snf1、Cas2、SfaD、Chaperonin、Fad5、Tyrosine-P和ChiA。【结论】该研究结果为进一步解析樟芝无性孢子萌发的分子机制提供了理论依据。     

苗期水稻响应褐飞虱取食的基因差异表达分析

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens (St?l)是水稻的重要害虫之一,主要刺吸水稻韧皮部汁液为害,对水稻生产造成严重的产量和经济损失。为研究水稻响应褐飞虱取食的分子机制,对褐飞虱取食6 h后的苗期水稻进行转录组测序及基因差异表达分析。【方法】采用illumina二代测序技术获得褐飞虱取食前后水稻组织的转录组数据,利用RSEM软件进行基因表达定量和DEseq2进行差异表达分析;从差异表达基因中随机选取20个基因采用荧光定量PCR技术进行验证;采用GeneMerge软件对差异表达基因进行KEGG和GO富集分析。【结果】褐飞虱取食后,水稻转录组中的1 104个基因出现了差异表达,其中435个基因表达上调,669个基因表达下调。荧光定量PCR结果显示,20个差异表达基因中18个基因的表达变化趋势和测序结果一致,证明了转录组分析结果可靠。GO和KEGG富集分析表明,表达上调基因主要与水稻氧化应激、海藻糖合成及次生化合物代谢有关,显著富集在14个KEGG通路和30个GO功能分类中;而表达下调基因主要参与水稻纤维素、蛋白质及脂肪酸合成过程,显著富集在29个KEGG通路和26个GO功能分类。在差异表达基因中,分别有61个转录因子和13个水杨酸和茉莉酸信号通路相关基因。【结论】褐飞虱取食激发了水稻的应激反应和保护机制,同时还降低了营养合成的过程,是飞虱为害造成水稻减产的原因之一。本研究初步揭示了苗期水稻响应褐飞虱取食的差异表达基因,为研究水稻-褐飞虱互作机制以及褐飞虱抗性水稻品种培育提供了参考和依据。     

高通量测序分析不同浓度的白鲜碱对须癣毛癣菌转录组的影响

[背景]目前,由皮肤浅部真菌引起的皮肤病逐年增加,已经成为影响人类健康的重大问题之一。[目的]探究白鲜碱(dictamnine,DIC)单体对须癣毛癣菌的抑菌作用及作用机制。[方法]通过高通量测序技术对须癣毛癣菌及白鲜碱作用后的须癣毛癣菌进行转录组测序,对测序序列进行处理和生物信息学分析,以及测序质量评价和序列注释。通过与对照组比较,鉴别出差异表达基因,然后进行GO功能显著性分析和KEGG代谢途径分析等。[结果]白鲜碱对须癣毛癣菌的MIC值为50μg/mL。DIC高剂量组与对照组比较,共360个差异基因;其中上调表达265个,下调表达95个。MFS1、KU70、KU80、L2、cpaT、MFS2、VdtG、patC等基因表达有显著差异。GO功能富集表明,差异基因主要集中于核糖体、线粒体膜、抗氧化活性、毒素代谢过程、单一生物代谢过程、次生代谢过程、初级活性跨膜转运蛋白活性和活跃的跨膜转运蛋白活性等。KEGG代谢途径的改变主要集中在ABC转运、膜运输障碍、谷胱甘肽代谢、DNA的复制与修复变化、减数分裂、氧化磷酸化和丙酮酸代谢障碍等富集通路上,并且相关基因均有显著性改变(P<0.05)...     

多球壳菌素介导线粒体功能调控酵母细胞衰老

多球壳菌素是前期鉴定出的一种抗衰老活性小分子,为了较全面理解多球壳菌素的抗衰机制,本研究利用模式生物芽殖酵母为材料,借助DNA Microarray技术、生物信息学手段并结合相关功能实验分析了多球壳菌素对对数期芽殖酵母细胞基因表达谱、基因本体聚类及相关信号通路的影响。结果显示,多球壳菌素对细胞转录组产生了显著影响,共导致1 648个基因的差异表达(FDR0.05,Fold Change1.5),其中843个基因显著上调,805个基因显著下调。进一步对基因本体聚类、信号通路分析及功能实验验证显示,线粒体相关功能和信号通路是多球壳菌素作用的一个主要靶点,本研究对多球壳菌素的进一步开发利用奠定了重要的理论基础。     

沙葱萤叶甲卵滞育的转录组学分析

【目的】建立沙葱萤叶甲Galeruca daurica滞育卵转录组数据库,挖掘卵滞育相关的基因以及代谢和信号通路,在转录组水平探讨卵滞育的分子机制。【方法】采用Illumina NovaSeq6000高通量测序平台对沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵进行转录组测序,并进行生物信息学分析;利用DESeq软件分析沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵中的差异表达基因,对差异表达基因进行KEGG通路富集分析;利用qRT PCR技术对10个差异表达基因的表达模式进行验证。【结果】基于沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵转录组测序结果,共获得53 389个unigene,其中差异表达基因2 145个,24个差异表达基因与保幼激素信号及脂肪酸生物合成和降解相关。与解除滞育卵相比,滞育卵转录组中1 297个基因上调表达,富集于124条KEGG通路,其中核糖体通路显著富集;848个基因下调表达,富集于73条KEGG通路,其中MAPK信号通路和糖胺聚糖生物合成通路显著富集。qRT-PCR结果表明,随机选取的10个差异表达基因的表达趋势与RNA-Seq转录组测序结果完全一致。【结论】保幼激素,脂肪酸生物合成和降解,核糖体,MAPK信号及糖胺聚糖生物合成等通路可能在沙葱萤叶甲卵滞育调控中起着重要的作用。     

西伯利亚蝗卵发育过程的比较转录组分析及滞育关联基因筛选

【目的】通过筛选西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus卵滞育基因及代谢通路,初步明确西伯利亚蝗卵滞育分子机理。【方法】利用Illumina NovaSeq 6000测序平台对西伯利亚蝗早期发育(ES)、滞育(DS)和滞育后发育阶段(PS)的卵进行转录组测序;采用GO和KEGG富集分析并结合文献,预测滞育相关通路并聚类热图分析,筛选蝗卵滞育关联基因,并选取其中6个重要基因进行qRT-PCR验证。【结果】DSvs ES和PS vs DS两比较组分别富集到12 419和4 789个差异表达基因,且多上调表达;两比较组共表达差异基因为2 206个,主要与糖代谢、环境胁迫和生长发育相关。DS vs ES组富集最显著的GO条目为蛋白结合,PS vs DS组GO条目主要包含酶活性、细胞骨架构建及蛋白结合等过程。滞育关联基因主要集中在Wnt信号通路、胰岛素信号通路、细胞周期通路以及昆虫激素生物合成等通路。6个重要的滞育关联基因的表达量变化趋势与转录组数据结果基本一致。【结论】本研究初步明确了西伯利亚蝗卵滞育调控的重要代谢途径,并筛选出20个滞育关联基因,为后续深入研究该物种的适应机理奠定了基础。     

家兔前体脂肪细胞分化不同时期基因表达谱分析

脂肪的过度积累严重危害人类健康。前体脂肪细胞分化是脂肪发育的关键过程,研究前体脂肪细胞分化相关基因的表达有助于认识脂肪沉积的机理。尽管家兔是一种理想的研究脂肪发育的动物模型,但是针对其前体脂肪细胞分化不同时期基因表达谱的研究鲜见报道。本研究通过诱导家兔前体脂肪细胞分化,在分化第0 d、3 d和9 d收集脂肪细胞,利用转录组测序(RNA-seq),在分化第3 d样本与第0 d样本的比较中筛选出1352个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),在分化第9 d样本与第3 d样本的比较中筛选出888个DEGs。GO (gene ontology)功能富集和KEGG (kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路分析发现,0~3 d分化期上调的DEGs显著富集在PPAR信号通路和PI3K-Akt信号通路上,3~9d分化期上调的DEGs显著富集到与细胞周期调控有关的GO条目和KEGG信号通路,0~3d和3~9d阶段特异上调的DEGs可能分别作用于细胞质和细胞核。通过DEGs的蛋白-蛋白互作(protein-protein interaction, PPI)网络分析发现,筛选出的核心节点(hub node)基因可能通过调控细胞周期而影响家兔前体脂肪细胞分化。     

琥珀酸对酵母细胞转录组的影响

寻找抗衰老活性小分子并研究其作用机制是衰老药物学研究的重点和热点。本文报道了一种新的抗衰老活性小分子琥珀酸,发现琥珀酸可以显著延缓芽殖酵母细胞的衰老并增强细胞的压力抗性。随后,利用DNA Microarray技术及生物信息学手段较系统分析了琥珀酸处理对基因表达谱、基因本体聚类及相关信号通路的影响。结果显示,琥珀酸处理对细胞转录组产生了显著影响,共导致3 485个基因的差异表达(P 0.05),其中1 335个基因显著上调,2 150个基因显著下调。进一步对基因本体聚类及信号通路分析显示,线粒体及核糖体生物合成相关的分子功能、细胞组分、生物学过程和信号通路可能是琥珀酸作用的主要靶点,其他可能的作用靶点还包括蛋白酶体、细胞内吞、过氧化物酶体代谢及细胞自噬等。本研究为进一步阐明琥珀酸介导的寿命及压力调控机制提供了理论参考和研究线索。