人、猕猴、小鼠精子细胞发育过程中的关键基因模块及分子网络研究

在哺乳动物精子形成过程中,存在3种重要的细胞类型,即原始生殖细胞(primordial germ cells, PGCs)、粗线期精母细胞(pachytene spermatocytes, PS)和圆形精子细胞(round spermatids, RS)。目前,在灵长类动物如猕猴(Macaca mulatta)中,有关上述细胞的研究十分匮乏。为了鉴定比较人(Homo sapiens)、猕猴(Macaca mulatta)、小鼠(Mus musculus)精子发生过程中的特征性基因模块和分子网络,我们从GEO数据库获取了PGCs、PS和RS的RNA-seq数据,并同时进行了3个物种的转录组和加权共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)。我们分别获得了人、猕猴、小鼠精子形成过程中的特征性基因模块,发现在猕猴精子发育过程中存在MEblue(相关系数=0.98,P=2×10^-5,含211个基因)、MEdarkslateblue(相关系数=0.94,P=5×10^-4,含24...     

基于三代测序的食蟹猴Mafa-B等位基因共表达与进化分析

【背景】主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)的多态性在很大程度上会影响生物医学实验的结果,而且特定的MHC-B等位基因与多种疾病的发展进程密切相关。食蟹猴(Macaca fascicularis,Mafa)是一种开展生物医学研究的重要实验动物,与人类相比,目前尚缺乏对食蟹猴Mafa-B等位基因的综合表征。【目的】获得全面的食蟹猴Mafa-B等位基因信息,鉴定Mafa-B等位基因共表达与进化关系。【方法】基于三代测序获得的食蟹猴MHC-B基因组信息,设计特异性引物扩增33只越南食蟹猴群体中的Mafa-B序列,并结合多种生物信息学方法进行分析。【结果】基于92个Mafa-B等位基因信息,鉴定了65个新的Mafa-B等位基因。其中,8个Mafa-B等位基因与其他地理来源的食蟹猴群体中已报道的序列相同,32个Mafa-B等位基因与其他猕猴物种中已报道的序列相同。此外,鉴定了7个高频Mafa-B谱系和7对共表达的Mafa-B等位基因,并检测到了一个潜在的重组事件。进化分析表明不同地理来源的食蟹猴群体Mafa-B序列具有很高的相似性。【结论】越南食蟹猴群体中共表达的Mafa-B等位基因经历了某些抗原的选择,不同地理来源的食蟹猴群体可能微调其Mafa-B序列以适应病原体的选择压力,本文为食蟹猴MHC遗传背景研究奠定了基础。     

基于转录组和加权基因共表达网络的广叶绣球菌木质纤维素降解特性分析

【目的】分析广叶绣球菌（Sparassis latifolia）在不同木质纤维素诱导条件下基因表达差异,为广叶绣球菌木质纤维素降解关键基因和分子机制研究提供参考。【方法】以松木、杉木、甘蔗渣和天然堆积发酵后的杉木和发酵后的甘蔗渣为碳源,在液体培养条件下培养诱导广叶绣球菌,对其转录组进行测序研究,并对不同木质纤维素诱导样本进行加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）。【结果】杉木培养与松木培养比较组差异表达基因最少（20个）,蔗渣培养与松木培养比较组差异表达基因最多（486个）。基因本体（gene ontology,GO）富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及氧化还原酶活性、单加氧酶活性和铁离子结合活性等,京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）通路富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及戊糖和葡萄糖醛酸转换、甲烷代谢和乙醛酸盐和二羧酸盐代谢等通路。发酵甘蔗渣为碳源培养时,纤维素和半纤维素降解相关的糖苷水解酶基因表达量总体上较高,而未发酵的松木、杉木和甘蔗渣为碳源培养时木质素降解或修饰相关的碳水化合物辅助酶基因表达量总体上较高。利用WGCNA共鉴定出10个共表达模块,其中green模块与未发酵蔗渣诱导显著正相关,blue模块与发酵甘蔗渣诱导显著正相关,magenta和turquoise模块与发酵杉木诱导显著正相关。GO富集分析结果表明,turquoise模块内基因显著富集到尿素跨膜转运子活性、甲基转移酶活性和单加酶活性等,blue模块基因显著富集到水解酶活性和β-甘露糖苷酶活性。KEGG通路富集分析结果表明,blue模块内基因显著富集的通路有半乳糖代谢、果糖和甘露糖代谢、苯丙氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等。通过构建互作网络图挖掘到12个核心基因,其可能参与了基质降解及相关基因的表达调控。【结论】不同木质纤维素类型显著影响了广叶绣球菌木质纤维素降解基因的差异表达轮廓,这种差异反映了广叶绣球菌对不同木质纤维素特异的降解策略。     

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。