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.     

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。     

葡萄孤儿基因的表达分析和功能推测

孤儿基因为某物种基因组内特有的,在其它物种内没有同源基因存在的特殊基因.对物种孤儿基因的鉴定和分析已成为比较基因组学研究的一个新兴领域.本研究通过生物信息学的分析,着重研究了49个葡萄孤儿基因在各发育阶段和各器官中的特异表达特性、亚细胞定位预测和共表达基因群的生物学过程基因本体论(GO)分析.结果显示,35个基因在NCBI的EST数据库中存在EST表达证据,其中有7个基因具有器官表达特异性,且大部分在生殖器官中特异表达.通过亚细胞定位预测到大部分葡萄孤儿基因为分泌蛋白.GO分析表明葡萄孤儿基因的共表达基因群主要参与寡肽转运和跨膜运输等生物学过程,这与葡萄孤儿基因的亚细胞定位预测结果相一致.本文研究结果将为葡萄孤儿基因的进一步功能分析提供重要研究基础.     

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。     

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...     

利用基因共表达网络分析蛋白质的相互作用

基于Hom in的基因共表达网络的比较分析,发现人类基因共表达网络和蛋白质相互作用数据之间存在一定的相关性。采用基因本体论对这两个网络重叠区域进行基因分类后发现,这些编码的蛋白质主要集中在对刺激物的应答途径之中。通过对该途径中的蛋白质相互作用网络作图,获得了两个独立的功能模块。通过对模块中的基因分类和关键基因分析得出两者分别对应于内外源刺激物的应答功能。本研究对于利用不断丰富的核酸公共数据信息挖掘蛋白质相互作用的研究具有积极的促进作用。     

榕小蜂基因共表达研究

榕小蜂的雌雄个体之间存在很大表型差异,以至于很难将雌雄个体彼此联系在一起.以对叶榕传粉榕小蜂作为材料,利用"加权基因共表达网络分析"软件(WGCNA),对榕小蜂的基因组和转录组进行分析,结果发现,5个基因共表达模块,分别用蓝色、蓝绿色、棕色、绿色和黄色标识,其中2个模块偏爱在雌蜂中表达,3个模块偏爱在蛹中表达.基因本体(GO)分析发现在蓝绿色和黄色表达模块中发现3个功能富集的基因集合.在蓝绿色基因表达模块中发现2个基因集合,分别与细胞周期和核苷酸结合活性有关;在黄色基因表达模块中发现1个基因结合,与细胞分化有关,尤其是与神经发育有关.     

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。     

基于集成的共表达网络分析方法研究3种癌症的肿瘤相关模块

在肿瘤/癌旁基因表达数据中,差异表达 (DE,differential expression) 代表各种生物条件下基因表达水平的变化,而差异共表达 (DC,differential co-expression) 代表基因对之间相关系数的变化。单独的DC和DE研究方法已经被广泛应用于人类疾病研究中。但是,目前仍然缺乏有效整合DC和DE的分析方法。文中提出一个新颖的分析框架DC&DEmodule,该框架可以基于共表达模块整合DC和DE的特征,并同时整合多个肿瘤/癌旁表达谱的信息,用以识别与疾病相关的基因共表达模块,包括激活模块 (肿瘤样本中上调且共表达增强) 和失能模块 (肿瘤样本中下调且失去共表达)。将该框架用于分析肝癌、胃癌和结直肠癌各两组微阵列数据,分别得到肝癌、胃癌和结直肠癌的2、5和2个激活模块以及5、5和1个失能模块。富集分析表明与同类方法相比,文中的方法在检测已知的肿瘤相关通路和发现新通路方面均具有更高的灵敏度。然后,进一步从这3种癌症的激活模块中鉴定出17、69和11个模块关键基因,其中包含53个已报道的预后生物标志物以及3个分别与3种癌症存活率显著相关的新预后标志物。基于关键基因训练了3种癌症的随机森林模型,用于区分TCGA(The Cancer Genome Atlas) 和GEO (Gene Expression Omnibus)数据库中的肿瘤和癌旁样本,结果显示其分类的平均准确性达到了93%。三种癌症的比较为不同癌症的共有和组织特异性机制提供了新的见解。一系列评估表明,DC&DEmodule框架能够整合公共数据库中快速积累的表达谱,发现更多疾病中功能失调的生物过程。     

基于信息量的调控元件预测方法

设计基于信息含量的调控元件识别算法,对酵母的基因表达数据聚类结果进行分析,旨在预测共表达基因上游非编码区可能存在的转录因子结合位点。分析已知受相同调控因子作用的基因上游序列的结果表明,算法能正确识别具有单一保守核心序列的调控元件和具有间隔子(spacer)的保守序列．通过分析共表达基因,算法提取出的候选调控元件,部分可能具有生物学意义,这还有待于生物学实验的进一步验证。     

A Unique Protease Cleavage Site Predicted in the Spike Protein of the Novel Pneumonia Coronavirus (2019-nCoV) Potentially Related to Viral Transmissibility

正Dear Editor,In December 2019, a novel human coronavirus caused an epidemic of severe pneumonia(Coronavirus Disease 2019,COVID-19) in Wuhan, Hubei, China(Wu et al. 2020; Zhu et al. 2020). So far, this virus has spread to all areas of China and even to other countries. The epidemic has caused 67,102 confirmed infections with 1526 fatal cases     

Curcuminoids as inhibitors of thioredoxin reductase: A receptor based pharmacophore study with distance mapping of the active site

Curcumin is the yellow pigment of turmeric that interacts irreversibly forming an adduct with thioredoxin reductase (TrxR), an enzyme responsible for redox control of cell and defence against oxidative stress. Docking at both the active sites of TrxR was performed to compare the potency of three naturally occurring curcuminoids, namely curcumin, demethoxy curcumin and bis-demethoxy curcumin. Results show that active sites of TrxR occur at the junction of E and F chains. Volume and area of both cavities is predicted. It has been concluded by distance mapping of the most active conformations that Se atom of catalytic residue SeCYS498, is at a distance of 3.56 from C13 of demethoxy curcumin at the E chain active site, whereas C13 carbon atom forms adduct with Se atom of SeCys 498. We report that at least one methoxy group in curcuminoids is necessary for interation with catalytic residues of thioredoxin. Pharmacophore of both active sites of the TrxR receptor for curcumin and demethoxy curcumin molecules has been drawn and proposed for design and synthesis of most probable potent antiproliferative synthetic drugs.     

Comparative morphology of the carpel in the Liliaceae: Hewardieae, Petrosavieae, and Tricyrteae

The young pistils in the melanthioid tribes, Hewardieae, Petrosavieae and Tricyrteae, are uniformly tricarpellate and syncarpous. They lack raphide idioblasts. All are multiovulate, with bitegmic ovules. The Petrosavieae are marked by the presence of septal glands and incomplete syncarpy. Tepals and stamens adhere to the ovary in the Hewardieae and the Petrosavieae but not in the Tricyrteae. Two vascular bundles occur in the stamens of the Hewartlieae and Tricyrtis latifolia. Ventral bundles in the upper part of the ovary of the Hewardieae are continuous with compound septal bundles and placental bundles in the lower part. Putative ventral bundles occur in the alternate position in the Tricyrteae and putative placental bundles in the opposite. position in the Petrosavieae. The dichtomously branched stigma in each carpel of the Tricyrteae is supplied by a bifurcated dorsal bundle.     

Enterovirus 71 3C proteolytically processes the histone H3 N-terminal tail during infection

Highlights
1. The N-terminal tail of histone H3 is specifically cleaved during EV71 infection.
2. Viral protease 3C is identified as a protease responsible for proteolytically processing the N-terminal H3 tail.
3. Our finding reveals a new epigenetic regulatory mechanism for Enterovirus 71 in virus-host interactions.     

Detection of EBV and HHV6 in the Brain Tissue of Patients with Rasmussen’s Encephalitis

Rasmussen’s encephalitis (RE) is a rare pediatric neurological disorder, and the exact etiology is not clear. Viral infection may be involved in the pathogenesis of RE, but conflicting results have reported. In this study, we evaluated the expression of both Epstein-Barr virus (EBV) and human herpes virus (HHV) 6 antigens in brain sections from 30 patients with RE and 16 control individuals by immunohistochemistry. In the RE group, EBV and HHV6 antigens were detected in 56.7% (17/30) and 50% (15/30) of individuals, respectively. In contrast, no detectable EBV and HHV6 antigen expression was found in brain tissues of the control group. The co-expression of EBV and HHV6 was detected in 20.0% (6/30) of individuals. In particular, a 4-year-old boy had a typical clinical course, including a medical history of viral encephalitis, intractable epilepsy, and hemispheric atrophy. The co-expression of EBV and HHV6 was detected in neurons and astrocytes in the brain tissue, accompanied by a high frequency of CD8⁺ T cells. Our results suggest that EBV and HHV6 infection and the activation of CD8⁺ T cells are involved in the pathogenesis of RE.     

Perinatal Vertical Transmission of Chikungunya Virus in Ruili,a Town on the Border between China and Myanmar

正Dear Editor,Chikungunya virus (CHIKV), an arbovirus in the family of Togaviridae, genus Alphavirus, is transmitted by the A.aegyptii or A. albopictus mosquito, and causes disease in humans characterized by fever, rash, and arthralgia (Silva and Dermody 2017; Suhrbier 2019). It was first reported in 1953 in Tanzania, and caused only a few outbreaks and sporadic cases in Africa and Asia in last century. However, in the epidemic in 2004, CHIKV acquired mutations that conferred enhanced transmission by the A. albopictus mosquito(Schuffenecker et al. 2006). Since then, it has successively caused outbreaks in Africa, the Indian Ocean, South East Asia, the South America, and Europe (Zeller et al. 2016).     

Development of a Novel Reverse Transcription Loop-Mediated Isothermal Amplification Method for Rapid Detection of SARS-CoV-2

In conclusion, the novel visual RT-LAMP assay is a simple, rapid, and sensitive approach for detection of SARS-CoV-2, and it is ready for application in primary care and community hospitals or health care centers, and even patients' own houses in response to the current SARS-CoV-2 epidemic because the assay does not require sophisticated equipment and skilled personnel. Furthermore, it is also ready to be used in fields for screening samples from wild animals and environments to facilitate the identification of potential intermediate hosts that mediate the cross-species transmission of SARS-CoV-2 from bats to humans.