黑胫病菌侵染过程中油菜响应基因的表达分析（英文）

油菜黑胫病是造成油菜产量损失的病害之一,致病菌为Leptosphaeria biglobosa。该研究采用形态学观察和转录组测序技术,分析油菜接种病原菌Leptosphaeria biglobosa 4、12、24、36、48和96 h后的表型及基因表达变化情况,以探讨响应死体营养型真菌L.biglobosa侵染时油菜的防御反应及抗病机理,为揭示油菜与L.biglobosa互作的分子机制提供理论依据,并为培育油菜抗病品种积累了基因资源信息。结果显示:(1)接种4～96 h,叶片病斑逐渐扩大,病原菌侵染48～96 h后形成菌丝网。(2)通过RNA-Seq测序,在L.biglobosa侵染油菜的不同时间点(4、12、24、36、48和96 h)分别得到3 384、2 270、3 802、5 811、6 155和7 153个差异表达基因。(3)15个油菜差异表达基因的qRT-PCR检测表达水平与转录组测序结果基本一致。(4)利用短时间序列聚类和KEGG富集分析差异表达基因,结果发现植物病原菌互作、蛋白激酶、茉莉酸/乙烯/水杨酸和芥子油苷合成途径中的基因被强烈诱导表达,而且基因表达呈动态变化趋势。     

胰腺癌中CDK1的表达与预后的生物信息学分析

为探讨胰腺癌的发病机制并为胰腺癌的防治提供生物信息学依据,用GEO2R在线工具分析GSE16515中胰腺癌患者肿瘤组织和相应正常组织的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),通过DAVID数据库对DEGs进行GO分析和KEGG通路富集分析,然后通过STRING数据库构建蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络,用Cytoscape软件进行关键基因(hub基因)筛选和功能模块分析,并在GEPIA数据库对hub基因进行验证,用CCLE数据库检测靶基因在胰腺癌组织及细胞系中的表达水平。分析结果显示胰腺癌中筛选出的376个DEGs主要涉及细胞周期、p53信号通路、蛋白质消化吸收、ECM-受体相互作用、PI3K-Akt信号通路、血小板激活信号通路。GEPIA数据库验证结果显示10个hub基因均在胰腺癌组织中高表达,其中8个hub基因与胰腺癌患者的不良预后有关。CCLE数据库检测结果显示周期蛋白依赖性激酶1 (cyclin-dependent kinase 1, CDK1)在胰腺癌组织和细胞中均有较高的表达水平。本研究结果表明CDK1可能与胰腺癌的发生发展最为相关,为进一步探究胰腺癌的发病机制提供了生物信息学依据。     

基于生物信息学分析的宫颈鳞状细胞癌预后相关基因的筛选

为了分析宫颈鳞状细胞癌(cervical squamous cell carcinoma, CESC)与正常组织中的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),鉴定与CESC预后相关的关键基因,从GEO和TCGA数据库下载CESC的基因表达谱数据,利用R软件筛选CESC组织与正常组织中的DEGs,并对这些DEGs开展功能和通路富集分析;然后构建蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络,筛选出关键(hub)基因;最后对hub基因进行LASSO COX回归及总体生存率(overall survival, OS)分析。研究共筛选出167个DEGs,这些基因主要涉及染色体分离、DNA复制等生物过程,介导染色质结合、G蛋白偶联受体结合等分子功能,富集于染色体区域、纺锤体和MCM复合体。GSEA分析结果显示,富集的通路主要涉及DNA复制和细胞周期信号通路。此外,从PPI网络中筛选出20个hub基因, LASSO COX回归结果显示MAD2L1、ZWINT、RRM2、TTK、CDC6、PBK、TOP2A、KIF11、KIF20A、NCAPG、NUSAP1、CCNB1及CDK1与CESC患者的预后相关; Kaplan-Meier曲线显示, ZWINT、DTL、CCNB1、CDC6、TOP2A、CDK1、PBK、RFC4及NUSAP1的m RNA表达水平与CESC患者生存预后相关。本研究结果表明, ZWINT、CDC6、PBK、TOP2A、NUSAP1、CCNB1和CDK1为CESC的预后关键基因,为阐明CESC的分子机制提供了理论依据。     

基于GEO数据库对儿童哮喘急性发作靶基因的生物信息学分析

为了通过生物信息学技术筛选并分析关键基因以探究儿童哮喘急性发作的病理机制,从GEO数据库下载儿童哮喘急性发作相关基因芯片数据集(GSE103166),用R软件包工具筛选出哮喘急性发作患儿与健康儿童的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),用 DAVID(version 6...     

基于生物信息学分析的非小细胞肺癌诊断预后相关基因的筛选

为了从基因层面探讨非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)发生发展的内在机制,筛选与NSCLC诊断、预后相关的基因,为NSCLC分子机制的进一步研究提供生物信息学依据,利用生物信息学方法对GEO数据库和TCGA数据库的数据集进行合并分析,筛选NSCLC组织与正常肺组织之间的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),并对所取交集的DEGs进行基因集富集分析(gene set enrichment analysis, GSEA)、基因本体论(gene ontology, GO)分析、KEGG (kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路富集分析、蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)分析、ROC曲线诊断效能分析及LASSO生存分析。文中共筛选出240个DEGs,主要涉及核分裂、染色体分离等生物学过程。GSEA分析结果显示,富集的通路主要涉及DNA修复和细胞周期。从PPI网络中筛选出20个hub基因, ROC结果显示, UBE2C (AUC=0.939)、TOP2A(AUC=0.927)、RRM2 (AUC=0.927)、CCNB1 (AUC=0.928)、MKI67 (AUC=0.930)、AURKA (AUC=0.931)、MELK(AUC=0.950)相对具有较高的诊断价值, LASSO COX回归结果则显示IL6、KIAA0101、MKI67、TPX2、AURKA、CDKN3及CDCA5与NSCLC患者的预后强相关。本研究结果表明, ZWINT、KIF2C、MELK、CDCA5可能在NSCLC中发挥着重要的作用,为阐明NSCLC的分子机制提供了新思路。     

肝细胞癌相关差异基因的生物信息学及预后分析

肝细胞癌是全球癌症相关死亡的主要原因,目前对肝细胞癌的发病机制研究尚不完善,探索肝细胞癌发生、发展相关的分子标志物及其预后具有重要意义。从GEO数据库获得肝细胞癌组织和非癌组织的基因表达阵列数据GSE84402,利用GEO2R筛选差异表达基因;采用DAVID数据库对差异基因进行GO富集分析和KEGG通路分析;通过STRING数据库和Cytoscape软件构建差异表达基因对应的蛋白质相互作用网络,并从网络中筛选出核心基因(hub genes);结合KM plotter数据库的临床信息对hub genes进行预后分析。结果显示:共得到1 307个差异表达基因,其中上调基因741个,下调基因566个,这些差异表达基因主要涉及细胞分裂、细胞周期、DNA复制及物质代谢等生物学过程及生物通路。通过GO、KEGG及蛋白质相互作用网络筛选出BUB1、BUB1B、CCNA2、CCNB1、CCNB2、CDC20、CDK1、MAD2L1、PLK1等9个hub genes,进一步分析发现hub genes均与细胞周期的调控相关,表明细胞周期的调控失常在肝细胞癌的发生、发展过程中具有重要作用。生存分析显示9个hub genes在肝细胞癌患者中均为表达上调的基因,且与患者预后不良相关,这为寻找肝细胞癌患者预后相关生物标志物的研究提供了线索。     

基于蛋白质互作评价差异表达基因的重复性

利用高通量基因表达谱数据可以识别在肿瘤与正常组织中差异表达的基因,为研究癌机理提供重要的线索。目前,在研究同种癌型的不同实验中发现的差异表达基因的交叠比例很低。这种高通量基因表达谱数据低重复性的现象严重制约了基因芯片在癌症研究中的应用。然而,已有研究表明从研究同种癌型的不同实验数据中得到的不交叠的差异表达基因倾向于扰动相同的功能。因此,在评价差异表达基因重复性时,应考虑其在生物学功能上的一致性。本文结合基因共表达和蛋白质互作关系,设计了功能重复性指标来评价差异表达基因列表的可重复性。通过分析两套卵巢癌数据,发现对同种癌型得到的差异表达基因具有很高的功能一致性(p<0.0001)。结果表明,在功能水平上评估差异表达基因的一致性具有合理性。     

GWGS芯片整合分析识别外周血细胞中与骨质疏松症相关的枢纽基因

为了对骨质疏松症基因芯片数据集进行整合分析并识别出外周血细胞中与骨质疏松症相关的枢纽基因,通过检索GEO和ArrayExpress数据库获得骨质疏松症相关的表达谱芯片数据集;运用GWGS (genome-wide global significance)方法对纳入的数据集进行整合分析,筛选出差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs);然后,运用GO (gene ontology)富集分析和KEGG (kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路富集分析对差异表达基因进行功能注释,并建立蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络,筛选出骨质疏松症相关的枢纽基因。公共数据库检索得到3个符合纳入排除标准的研究集, GWGS整合分析筛选出排序前200的DEGs,这些基因主要富集的GO条目为脂多糖的细胞反应、凋亡过程和炎症反应,与骨质疏松症相关的KEGG富集通路为破骨细胞分化等。PPI分析进一步检测到与骨质疏松症相关的10个枢纽基因,其中9个基因已有研究报道和骨质疏松症的发生发展相关,而ELANE基因还未有研究报道与骨质疏松症有关。ELANE基因同时在人的骨髓组织、小鼠骨髓和骨组织中高表达,这个基因很可能与骨质疏松症有潜在的联系。本研究的结果将有助于进一步理解骨质疏松症的分子致病机理。     

突变肠杆菌株NRS-1中5个草甘膦逆境应答基因的克隆与功能研究

【目的】微生物对草甘膦的抗性受复杂的遗传体系调控,涉及靶基因和大量相关调控基因。对肠杆菌属细菌NRS-1突变菌株在高浓度草甘膦逆境下的5个重要差异表达基因进行功能研究,以期深入了解非靶标基因在抗草甘膦微生物的作用特点,为发掘优异基因资源,服务抗草甘膦转基因生物育种提供参考。【方法】NRS-1的差异表达基因可能在蛋白质合成、代谢、细胞膜等水平发挥作用,保护细胞免受高浓度草甘膦逆境,因此分别选取易位酶延伸因子fus A、丁二酸脱氢酶sdh A、胸苷磷酸化酶deo A、鸟氨酸氨甲酰转移酶arg F、周质蛋白osm Y进行克隆,采用大肠杆菌原核表达、转化拟南芥实验研究其功能,并通过细菌双杂及KEGG pathway分析基因间互作特点。【结果】在明确5个基因结构特点基础上,通过大肠杆菌原核表达及转基因拟南芥鉴定,发现这5个基因及草甘膦的靶基因5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶基因aro A对提高2种生物的草甘膦耐性均有不同程度的作用,其中arg F、deo A的抗性较好,与aro A相当,表明在应对草甘膦逆境时,芳香族、含有胸腺嘧啶氨基酸及精氨酸的合成代谢通路可能起重要作用;利用基因互作与KEGG分析发现5个基因与靶基因aro A间形成复杂的调控网络,但无直接的蛋白互作。【结论】NRS-1的5个差异表达基因对草甘膦逆境具有抗性,arg F、deo A优于其他3个基因,其与靶基因aro A间表现复杂的基因互作关系。     

甘蓝型油菜PGK基因的克隆与表达分析

为研究甘蓝型油菜磷酸甘油酸激酶(PGK)基因表达特性,在对拟南芥PGK基因家族生物信息学分析的基础上,通过电子克隆方法获得3个甘蓝型油菜PGK基因(BnPGK1、BnPGK2、BnPGK3)。分别设计特异引物,以甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的cDNA为模板克隆BnPGK基因全长序列。根据获得的cDNA序列设计实时荧光定量特异引物,采用实时荧光定量PCR技术,研究油菜雄性不育系与保持系PGK基因表达差异。结果显示:BnPGK基因在甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的根、茎、叶、花蕾中均有表达,属组成性表达。除茎中的BnPGK3外,BnPGK其它基因在根、茎、叶中的表达均表现为09A高于09B,而在花蕾中均为09B高于09A,BnPGK1和BnPGK3在09B中的表达量是09A中的2倍以上。     

甘蓝型油菜BnFLA基因的克隆及表达分析

利用同源克隆法从甘蓝型油菜中获得了1个类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白基因(FLA),命名为BnFLA。BnFLA基因开放阅读框长为1 200bp,编码399个氨基酸,分子量为42 885.9Da,等电点为6.37。预测的BnFLA蛋白包含N-端信号肽、2个AGP-like结构域、2个fasciclin-like结构域和C-端GPI-anchor序列。系统进化分析表明BnFLA氨基酸序列与BrFLA17和AtFLA2进化关系较近,一致性分别为98%和87%。qRT-PCR分析表明,BnFLA基因在油菜各组织均有表达,并以下胚轴中表达量最高,其次为子叶,茎秆中表达最少;BnFLA基因的表达受到GA3、BR、IAA、ABA和NaCl的诱导,但受6-BA、蔗糖、低温和PEG抑制。研究认为,油菜中BnFLA基因可能参与激素信号转导途径和非生物胁迫应答。     

甘蓝型油菜热激转录因子的克隆及表达分析

以甘蓝型纯系油菜为试材,用RT-PCR和RACE方法首次从油菜种子中获得油菜热激转录因子的cDNA全长序列,命名为BnHSFA4a,GenBank登录号为HQ435241。结果表明:该cDNA长1 667bp,编码1个具有389aa的蛋白质,该基因编码的氨基酸序列与拟南芥热激转录因子AtHSFA4a编码的氨基酸序列间相似度为82%。对34条编码不同热激转录因子的氨基酸序列进行多重比对,结果在100～190aa处序列间氨基酸总相似性超过60%,显示出较高的保守性。构建原核表达载体并成功表达出预期蛋白。半定量RT-PCR结果显示,该基因的表达先于油菜肌醇半乳糖苷合成酶(BnGOLS1)基因,符合该基因调控BnGOLS1的假设。推测AtHSFA4a基因可能通过调控BnGOLS1的表达量进而在油菜种子脱水耐性获得过程中发挥一定的作用。     

甘蓝型油菜BnDGAT1基因表达的特异性分析

该研究从甘蓝型油菜中克隆获得了二酰甘油酰基转移酶基因（DGAT）,命名为BnDGAT1,并对该基因编码的氨基酸序列、蛋白结构域和系统进化树进行分析。结果表明:该基因编码的氨基酸序列包含二酰甘油酰基转移酶等多个功能结构域,并具有8个疏水跨膜结构区。系统进化分析表明,BnDGAT1与芥菜、拟南芥、旱金莲中DGAT1系统进化关系相对较近。利用定量PCR对BnDGAT1基因的RNA转录表达分析表明,在不同组织和角果的不同发育阶段,BnDGAT1基因的表达具有组织特异性,且在角果不同发育阶段,其RNA转录水平随着角果发育的成熟表达明显下调。     

油菜花粉发育相关基因RALFbn的克隆与表达分析

根据美国NCBI数据库中快速碱化因子(RALF)类基因序列的已知信息,克隆了油菜的快速碱化因子基因RALFbn,对其核酸序列及预测蛋白进行了生物信息学分析,并在油菜多种组织内观测其表达情况.结果表明:(1)经克隆获得油菜RALFbn基因的cDNA序列全长为510 bp,无内含子,编码79个氨基酸.(2)生物信息学分析发现,油菜RALFbn蛋白具有RALF类蛋白保守的“YIXY”区和4个保守的半胱氨酸残基,并且含有N豆蔻酰化位点、酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点、蛋白激酶C磷酸化位点、和酪氨酸激酶磷酸化位点等多个生物活性位点,说明该蛋白在油菜中潜在的生理调节能力较为活跃.(3) RT-PCR检测RALFbn基因在油菜生殖器官中的表达结果发现,RALFbn主要在油菜雄蕊中表达,而在雌蕊、花瓣和萼片中没有表达.提示RALFbn基因极可能与油菜雄蕊中花粉的发育相关.     

甘蓝型油菜BnaCIPK15基因的表达分析与功能鉴定

CBL-CIPK是高等植物中广泛存在的一类解析Ca~(2+)信号的蛋白。该研究在前期工作基础上,对甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的BnaCIPK15基因进行了亚细胞定位、双分子荧光互补(BiFC)、酵母双杂交和qRT-PCR检测等一系列分析,以探究BnaCIPK15蛋白在ABA激素响应中的作用。结果显示:(1)亚细胞定位发现,BnaCIPK15蛋白定位于细胞质和细胞核中; BiFC分析发现,BnaCIPK15蛋白与BnaCBL1/3/4/9蛋白之间的互作较强,与BnaCBL10仅有微弱互作。(2)qRT-PCR检测发现,BnaCIPK15基因受ABA和冷胁迫的诱导极显著上调表达,而对百草枯(Paraquat)、活性氧(H_2O_2)和热胁迫的诱导较弱,表明BnaCIPK15基因很可能参与ABA和冷胁迫的调控过程。(3)酵母滴定实验结果显示,BnaCIPK15蛋白与脱落酸(ABA)信号通路中的BnaHAB1蛋白(属于蛋白磷酸酶PP2C家族)存在明显的互作,而与BnaABFs/AREB3/ABI5转录因子无明显互作;BiFC验证显示,BnaCIPK15与BnaHAB1蛋白之间存在互作信号,而BnaCIPK15与BnaHAB2组合没有观察到信号,证明BnaCIPK15与BnaHAB1磷酸酶具有特异互作特征,推测BnaCIPK15可能参与调控ABA信号转导。研究认为,甘蓝型油菜中可能存在基于BnaCIPK15-BnaHAB1的互作模块,并参与ABA的信号转导和网络调控。     

致病性与无致病性茄科罗尔斯通氏菌转录组测序与分析

为了挖掘茄科罗尔斯通氏菌（Ralstonia solanacearum）致病相关基因,分别提取致病性（RS+）和无致病性（RS-）茄科罗尔斯通氏菌的总RNA进行转录组测序。两组测序数据经组装后得到5 111条Contigs,RS-和RS+对比发现779条差异表达基因（DEGs）,其中上调表达376条,下调表达403条。功能注释显示,这些DEGs主要集中在氨基酸代谢、膜转运、细胞运动和翻译等途径。信号通路富集显示,茄科罗尔斯通氏菌对寄主的响应由众多信号通路共同参与,其作用方式可能包括增强细菌趋化性、强化鞭毛组装能力、提高细菌分泌系统、上调双组分信号转导系统、调整MAPK信号通路和增强氨基酸代谢等。转录组测序还发现许多毒力基因,其中茄科罗尔斯通氏菌Ⅲ型分泌系统的hrp基因簇中的23个基因,有16个在无致病性茄科罗尔斯通氏菌中下调表达。随机挑选4个DEGs进行qPCR分析,荧光定量结果与测序数据基本一致,说明基于转录组分析DEGs的表达较为可靠。研究为进一步深入探究茄科罗尔斯通氏菌致病分子机理提供参考。     

甘蓝型油菜BnTCP7基因的克隆和表达分析

该研究克隆获得了甘蓝型油菜预测转录因子TCP7-like同源编码基因,命名为BnTCP7,与甘蓝型油菜TCP7-like NC_027757基因的核苷酸序列相似性为95.68%。BnTCP7基因开放阅读框全长为648bp,编码215个氨基酸。BnTCP7氨基酸序列与十字花科(Brassicaceae)中其他19条TCP7或者TCP7-like氨基酸序列比对发现,BnTCP7与芸薹属和萝卜属等TCP7同源蛋白具有很强的相似性和保守性,尤其在靠近N端的TCP保守结构域,具有典型的螺旋-环-螺旋结构,且BnTCP7属于TCP家族Ⅰ类,为亲水性不稳定蛋白。通过BnTCP7和拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtTCP7(NC_003076)蛋白的二级和三级结构在线预测比对分析,进一步证实BnTCP7具有TCP家族典型结构。进化树分析表明,BnTCP7蛋白与甘蓝型油菜TCP7-like NC_027757蛋白聚在同一分支,两者亲缘关系最近。利用转录组数据对不同时期不同器官BnTCP7基因表达模式分析发现,其表达量呈现一定差异性,其中营养器官中的表达量高于生殖器官。非生物胁迫及激素处理对甘蓝型油菜幼苗植株中BnTCP7基因的表达影响分析发现,BnTCP7基因不仅响应了冷、热、损伤等非生物胁迫,而且参与了ABA和GA3激素的信号转导,表明BnTCP7基因在植物维持正常生长发育和逆境胁迫中可能发挥重要作用。     

甘蓝型油菜BnCYP79B1基因的克隆与表达

硫苷是十字花科植物的一种次生代谢产物,其合成途径受细胞色素P450的CYP79家族蛋白的调控,该实验采用同源克隆技术在甘蓝型油菜中克隆到了CYP79B1基因,命名为BnCYP79B1(GenBank登录号为JX535391.1)。BnCYP79B1基因cDNA全长1 625bp,编码一个含有541个氨基酸、理论等电点为8.88。序列对比结果显示,BnCYP79B1与花椰菜CYP79B1在DNA序列上的相似性为98.83%,推测蛋白氨基酸序列的相似性为99.26%。通过不同时期不同部位BnCYP79B1基因表达量的分析,发现BnCYP79B1基因在高秆高硫苷品系的根中表达量较高,而对矮秆高硫苷品系则是叶中表达量较高。在BnCYP79B1表达总量上,高秆品系较矮秆品系高,高硫苷品系较低硫苷品系高。     

拟南芥不同组织基因表达及可变剪接差异分析

可变剪接是转录后重要的基因表达调控方式,也是转录组和蛋白质组多样性的重要来源. 近年来随着拟南芥、水稻、玉米等植物转录组测序的完成,研究人员发现植物pre-mRNA可变剪接的发生与组织分化、发育等生物学过程密切相关. 本工作基于GEO数据库的RNA-seq数据,使用高通量测序数据分析常用的Trimmomatic、Salmon、DESeq2、SUPPA2等工具,识别了拟南芥的种子、根、叶、花、花梗、节间、长角果共7种组织的表达基因和可变剪接事件,以及7种组织间的差异表达基因和差异可变剪接事件,并以叶和花为例展示了相应的生物学功能分析. 该工作系统地研究了拟南芥基因表达和可变剪接发生的组织特异性,有助于进一步阐明植物基因组的基因表达调控机制.