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基于高通量测序的黑胸大蠊转录组分析
目的 利用转录组技术获得非模式生物黑胸大蠊的大量转录组数据,为今后开展分子生物学研究打下基础.方法 利用Illumina测序技术对黑胸大蠊Periplaneta fuliginosa进行转录组测序.测序结果取阈值e≤10-10在Swiss-Prot、NR、KEGG、COG、GO和Pfam等公共序列数据库进行比对.结果 获得黑胸大蠊转录组信息数据量13.63 G,39576个unigene,总长度32 297 597 bp,长27 693 bp,平均长度816 bp.共获得61 167个注释结果.发现黑胸大蠊单核苷酸的多态性位点(SNP)置换33 955个,颠换16 561个,找到2 666个微卫星序列.结论 数量巨大的转录组信息为黑胸大蠊新基因的克隆和基因组学研究提供了有价值的信息.
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转录组测序技术在癫痫中的应用
转录组测序(RNA sequencing,RNA-seq)技术作为一种新兴的测序方法,利用高通量测序平台,对特定状态下的细胞内全部RNA进行测序分析,揭示不同物种的基因表达情况以及转录调控的规律.癫痫发病原因复杂,即使具有相同突变基因的癫痫患者,临床表现严重程度不同,提示存在额外的影响因素,RNA-seq技术通过对差异表达基因的分析,在癫痫病因的研究中发挥重要的作用.文章主要介绍RNA-seq技术与其他测序技术的比较以及不同的RNA-seq技术平台特点,并叙述RNA-seq技术在癫痫中的应用.
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岗梅转录组及其乌索烷型三萜皂苷生物合成相关酶基因的发掘
目的：发掘与岗梅乌索烷型三萜皂苷生物合成相关的酶基因。方法：利用Illumina测序平台对岗梅根进行转录组测序，通过基因注释、同源分析、系统发生分析等生物信息学手段，发掘可能参与合成的单基因簇（Unigenes）。结果：在岗梅根转录组中发现了272条与萜类生物合成相关的Unigenes。这其中包括72条可能参与萜类生物合成上游途径的Unigenes，以及26条可能与三萜合成途径下游母核合成、氧化和糖基化相关的Unigenes。对其中部分Unigenes进行系统发生分析，进一步揭示了这些Unigenes与同源基因间的进化关系。利用酵母表达系统，鉴定了两个香树酯醇合酶IaAS1和IaAS2，其中IaAS1为少数以α-香树脂醇为主要产物的香树酯醇合酶之一。结论：本文从岗梅根转录组数据库中发掘到一系列可能与岗梅乌索烷型三萜皂苷生物合成相关的酶基因。对这些基因的进一步研究，有助于从分子水平揭示岗梅中乌索烷型三萜皂苷的生物合成途径。
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天麻素对糖氧剥夺再复供皮层神经细胞NF-κB炎症级联信号通路表达的影响
目的:研究天麻素对糖氧剥夺再复供损伤原代皮层神经细胞的保护作用,以及对炎症相关信号通路表达的影响.方法:构建皮层神经细胞糖氧剥夺再复供(OGD/R)损伤模型,随机分为空白组、模型组、天麻素(80,60,40 mg·L-1)组.噻唑蓝(MTT)比色法测定皮层细胞存活率,比色法测定乳酸脱氢酶(LDH)漏出率,高通量RNA-Seq测序分析技术检测处理细胞的所有基因转录本的表达差异,通过功能注释与富集分析筛选出与OGD/R损伤或天麻素预处理保护作用相关的基因分子与代谢通路.结果:OGD/R损伤后皮层细胞活性下降,LDH释放增加,而天麻素预处理能提高细胞存活率,并显著下调LDH漏出率,转录组测序分析发现其分子机制主要涉及核转录因子-κB(NF-κB,18 gene),肿瘤坏死因子(TNF,21 gene)等信号通路的抑制调控.与模型组比较,天麻素下调了NF-κB,Toll样受体2(TLR2),肿瘤坏死因子受体1/2(TNFR1/2),白细胞介素-6(IL-6),细胞间黏附分子-1(ICAM-1),干扰素诱导蛋白-10(IP-10),CC趋化因子2(CCL2),CXC趋化因子1/2/3(CXCL1/2/3),CXC趋化因子9(CXCL9/Mig)等多种炎症相关信号分子的转录表达.结论:天麻素对OGD/R损伤皮层神经细胞具有保护作用,其机制主要与抑制TLR-NF-κB-TNF炎症级联相关信号通路表达相关.
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川贝母转录组中SSR位点信息分析
目的:通过分析川贝母转录组简单重复序列标记(SSR)信息,为其分子标记辅助育种及种质资源保护提供技术支撑.方法:采用Illumina HiSeq2000技术平台对川贝母鳞茎及叶片进行高通量测序,采用MISA对Unigene进行SSR位点分析.结果:从转录组得到44 973条,Unigene中共检测到3 817个SSR位点,分布于3 367条Unigene序列中,出现频率为8.49％,平均每10.37 kb序列出现1个SSR位点.其中重复类型多的为三核苷酸和二核苷酸,所占比分别为56.51％和27.06％.三核苷酸重复基序CCG/CGG所占比率大,其次为二核苷酸重复基序AG/CT.6种SSR重复类型的重复次数主要集中于4～12次,24.55％ SSR的序列长度＞20 bp.结论:川贝母SSR位点出现频率较高,类型丰富,多态性较高,为其遗传多样性分析和遗传图谱构建及分子辅助育种提供了丰富的候选分子标记.
关键词： 川贝母 转录组 简单重复序列标记(SSR) 多态性 -
乌头萜类生物合成代谢的转录组学分析
目的:对乌头的6个器官组织,主根、侧根、茎、叶、花、果实进行转录组测序分析,以研究参与其萜类次级代谢生物合成相关基因的表达谱,挖掘其功能基因.方法:采用Illumina HiSeq 2500平台测序、组装得unigenes,与公共数据库NR,Swiss-Prot,GO,COG,KOG,KEGG比对、注释以获得差异基因,使用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)验证参与萜类次级代谢生物合成的关键基因.结果:本研究共获得156 967 635条Clean Reads(28 254 174 300 bp),经序列合并拼接后获得103 337个unigenes,通过核苷酸和蛋白序列等方面的同源性分析,表明其中37.31％(38 554个unigenes)与其他生物的已知基因具有不同程度的同源性,通过功能分类研究和代谢途径分析(KEGG)获得参与萜类合成158个unigenes(编码5个关键酶).结论:这些发现的基因将为乌头萜类化合物的生物合成途径及分子机制提供基础数据.
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天麻对帕金森小鼠神经元保护作用机制的转录组学分析
目的:研究天麻水煎液对A53T α-突触核蛋°白(α-synuclein)转基因帕金森小鼠的治疗作用,及其对凋亡相关通路表达的影响.方法:以A53T α-synuclein转基因帕金森小鼠为实验对象,设置模型组、天麻组、空白组、阳性组(美多芭组);采用基因型鉴定法、苏木素-伊红(HE)染色法和行为学实验测定小鼠中脑黑质神经元病理改变,以判断造模是否成功;Illumina HiSeq 2500平台测序,检测天麻组所有基因转录本的差异表达,通过功能注释和富集分析筛选出与帕金森保护相关的基因及代谢途径.结果:预给予天麻水煎液治疗后能改善A53T α-synuclein转基因帕金森小鼠中脑黑质神经元病变,转录数据分析显示其作用机制主要涉及原癌基因大鼠肉瘤(Ras),p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)及Ca2+等相关凋亡途径的抑制或激活调控.与模型组相比,天麻组中多巴胺第三受体,神经肽Y,Ras蛋白特异鸟嘌呤核苷酸释放因子1,钙/钙调蛋白依赖的磷酸二酯酶1A等基因表达上调,原癌基因c-Fos,p38 MAPK和人促分裂素原活化蛋白激酶激活的蛋白激酶3等凋亡基因表达下调.结论:天麻水煎液对A53T α-synuclein转基因帕金森小鼠具有一定的治疗作用,其机制可能与抑制多种凋亡相关信号通路有关.
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家族性肾阳虚证转录组研究:理论基础探讨
证是中医学理论体系的核心概念,是充分体现中医整体观与辨证论治思想的重要概念之一.但半个多世纪以来的证候基础研究,多采用还原论、分析重构型、局部细化的研究方法.由于两者所依赖的理论依据迥然不同,缺乏实质性可结合位点,其研究结果及其价值便十分局限.本文基于课题组的系列国家自然科学基金项目的研究,着重从理论方面阐述,与证候基本特性相适应的研究策略与手段应当是足以展示证候整体观、动态观、系统观的"微观整体观"方法.而以功能基因组为代表的各种"组"学手段,以及系统生物学思想与方法,是目前生命科学领域较为恰当的首选技术平台.该研究成果是课题组实施之中的家族性肾阳虚转录组系列研究的重要理论基础.
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荷瘤小鼠常见证候在神经-内分泌-免疫网络组织基因转录的特征
目的:揭示邪毒壅盛证、气虚证、阳气虚证、气阴阳虚证等4个同病异证荷瘤小鼠在神经-内分泌-免疫网络组织差异转录基因的总体特征.方法:对2006和2009年2批实验所检测以上4个证候及正常对照小鼠下丘脑、垂体、肾上腺、睾丸、胸腺、脾脏等60张芯片,近100万个核心基因进行分析,观察其一致性上调或下调的基因数与量的特征.结果:肿瘤发生后脾脏、胸腺、睾丸等组织基因一致性差异表达的数量大,其次是垂体和肾上腺,与疾病的关系密切;早期气虚证荷瘤小鼠突出表现为下丘脑基因表达趋于活跃;而同期的邪毒壅盛证荷瘤小鼠则突出表现为肾上腺基因表达趋于抑制,这可能与该证候荷瘤小鼠预后差有关.结论:荷瘤小鼠同病异证在神经-内分泌-免疫网络组织转录组方面有其特征性的物质基础.
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三叶青根与茎叶转录组和差异性表达分析
目的 采用Illumina HiSeq 4000测序技术获得三叶青转录组数据,为三叶青分子生物学研究提供重要分子信息.方法 以三叶青根和茎叶为材料,进行转录组测序,对测试数据进行基因功能注释、代谢途径及微卫星等的生物信息学分析.结果 共获得24.13 Gb Clean Data,拼接组装得到84 433条Unigene,与7个基因数据库进行比对,终获得47 766个有注释信息的Unigene.在GO数据库中注释27 790条,其根和茎叶的差异表达基因数目为4989个,其中上调为3511个,下调为1478个;COG数据库得到16 152条三叶青Unigene的同源序列,共分为25个类别;在KEGG数据库有14 511条Unigene获得对应的Ko编号,可分为130个信号代谢分支,其中核糖体合成途径的Unigene数量多,有1042条,而异黄酮的生物合成途径只有1条Unigene.结论 对三叶青转录组进行拼接、组装和功能注释得到大量转录本信息,为三叶青分子生物学研究提供基因组数据库资源.
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转录组学探讨附子治疗急性心衰大鼠的作用机制
该研究采用转录组学技术探讨附子对盐酸普罗帕酮致急性心力衰竭大鼠的作用机制.首先,将大鼠随机分为正常对照组、模型对照组、附子组(1.25,2.5,5 g·kg-1).采用股静脉注射盐酸普罗帕酮构建急性心力衰竭大鼠模型,十二指肠给药途径进行给药.记录给药5,10,20,30,60 min时的心率,+dp/dtmax及-dp/ dtmax的变化;然后,另取一批动物,采用同样的给药方法,采用酶联免疫法(ELISA)测定血清TNF-α的含量;后,采用高通量测序技术检测急性心力衰竭大鼠心脏组织样本所有基因表达差异,通过功能注释与富集分析,筛选出急性心力衰竭大鼠和附子给药后心力衰竭大鼠的基因表达信号通路.结果 显示,模型对照组大鼠心率、LV+ dp/dtmax和LV-dp/dtmax均显著降低(P＜0.05),附子组大鼠心率、LV +dp/ dtmax和LV-dp/ dtmax均显著升高(P＜0.05,P＜0.0l);且附子水煎液高剂量组能显著降低急性心衰大鼠中ANP,BNP,TNF-α的含量(P＜0.05).转录组分析显示其作用机制主要与激活PI3K-AKT/Jak-STAT通路有关.与模型对照组比较,附子水煎液上调了磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinostol 3-kinase,PI3K),溶血脂磷酸(lysophosphatidic acid,LAP3),Bcl-3,STAT基因的表达;下调了整合素α(integrin,ITGA),核孤儿受体(orphan nuclear receptor,Nut77)基因表达.研究表明,附子治疗急性心力衰竭大鼠的作用机制可能与调控PI3K-Akt/Jak-STAT通路有关.
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现代生物技术在人参属药用植物研究中的应用
该文对DNA条形码等分子鉴定技术、一代和二代测序技术、基因克降等现代牛物技术在人参属药用植物的物种鉴定、转录组分析、次生代谢产物合成途径及关键酶功能鉴定研究中的应用进行综述.现代牛物技术为人参属药用植物在分子水平的研究提供保证,揭示了人参属药用植物转录组及功能基因等遗传信息,加速了人参属药用植物基因组图谱绘制,为阐明人参属植物中重要次生代谢产物——人参皂苷合成的分子机制、实现体外合成重要天然产物以及对未来新药物的研发奠定基础.
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中药高通量转录组研究进展
中药是中华传统文化的瑰宝,是中华民族智慧的结晶.新方法技术的不断应用使得中药研究与时俱进.高通量转录组研究经过数年的发展,已经成为一项较为成熟的研究手段.该文对中药转录组研究概况进行了综述,比较了Roche公司的GS FLXTM平台和Illumina公司的HiSeqTM 2000平台两大测序平台,介绍了中药转录组分析的流程,并以西洋参和金银花为例,阐述了中药转录组研究的特色.对传统中药进行高通量转录组研究,可以从整体水平上了解目标物种的功能基因概况,明确活性成分的代谢通路,为中药研究奠定分子生物学基础,为传统中医药理论提供现代生物学阐释.但是,目前的中药转录组研究仍面临着分子基础薄弱,测序投资成本高,分析人员紧缺等困难.未来,伴随测序技术的发展与完善,转录组与蛋白质组、代谢组等组学的联合应用,将为开创高通量筛选与高效率研发相结合的新型中药产业发展模式奠定坚实的基础.
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基于转录组的新疆紫草ERF转录因子家族生物信息学分析
从新疆紫草转录组分离出27个ERF转录因子家族基因,平均大小为1 010 bp,每个基因平均编码了212个氨基酸.以紫草ERF基因gi261363612为参考,对27AeERFS从基因结构、表达量、理化性质、亚细胞定位、信号肽、高级结构和保守域的预测和分析等方面做了研究,并对新疆紫草ERF家族做了系统进化分析,认为合适的建树方法为大似然法.结果显示,该家族存在3个保守域,高级结构以无规则卷曲为主,聚为CBF/DREB,ERF 2个亚族.
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川贝母转录组密码子使用偏好性分析
研究川贝母表达基因的密码子的使用模式,探讨其密码子使用偏好性特点,为运用基因工程技术实现贝母碱的异源生物合成提供理论依据.以川贝母转录组9 843条全长转录本序列为数据来源,使用CodonW软件对川贝母表达基因的密码子GC含量特点、有效密码子数和同义密码子相对使用频率各项参数进行计算、统计,分析发现,川贝母表达基因密码子偏好程度整体水平不高.该研究确定了15个密码子为川贝母优密码子UUG,CUU,AUU,GUU,UCA,CCU,CCA,ACU,ACA,GCA,UAU,CAU,AAU,AGA和GGA,优密码子偏好A/T结尾.计算结果显示26个川贝母生物碱合成相关基因中大肠杆菌和酿酒酵母稀有密码子所占比例较低.根据稀有密码子比例,逐个分析26个关键酶基因在大肠杆菌和酿酒酵母体系中表达时可采用的密码子优化方案.该研究为通过合成生物学手段异源合成川贝母生物碱奠定了前期研究基础.
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中华大蟾蜍皮肤Cathelicidin家族新型抗菌肽的鉴定及其抗菌活性
对中华大蟾蜍皮肤转录组进行了测定,通过对得到转录组数据的组装、注释和序列比对得到1个新型Cathelicidin家族前体cDNA.按照Cathelicidin家族抗菌肽的加工方式,推导出该前体可能编码2个成熟的中华大蟾蜍Cathelicidin家族抗菌肽,命名为BG-CATH25,BG-CATH29.圆二色散测定了合成BG-CATH25,BG-CATH29的二级结构特征,结果揭示BG-CATH25,BG-CATH29在不同缓冲体系中以无规则卷曲的构象为主.对实验所用4种细菌的抗菌活性研究表明BG-CATH25,BG-CATH29对嗜水气单胞菌有较强的抑菌活性,MIC分别为1.25,10 mg·L-1.
关键词： 中华大蟾蜍 Cathelicidin 抗菌肽 转录组 嗜水气单胞菌 -
灯盏花转录组中SSR位点信息分析及其多态性研究
目的:通过对灯盏花转录组中SSR位点信息的分析,设计SSR引物,为开发新的SSR标记奠定了基础.方法:利用MISA工具筛选灯盏花转录组测序获得的52 060条unigenes,对其SSR位点信息进行了分析;Primer3设计SSR引物,随机选取36对引物对13株采自不同地方的灯盏花进行多态性扩增分析.结果:灯盏花转录组搜索到3 639个SSR位点,分布于3 260条unigenes上,SSR位点出现频率是6.99％.其中,二核苷酸重复是主要的类型,占总SSR的34.41％,其次是单核苷酸和三核苷酸重复基元,分别占总SSR的31.41％,30.04％.二核苷酸重复基元中以AT/AT和AC/GT为优势重复基元,占总SSRs的28.71％,三核苷酸重复基元以AAT/ATT为主,占7.94％.随机选取36对引物进行PCR扩增,其中34对(94.44％)扩增出清晰、可重复的条带,19对(52.78％)表现出多态性差异.利用UPGMA作图,将13个材料分为2类.结论:灯盏花转录组中SSR位点出现频率高,类型丰富;大量的SSR为其遗传多样性分析和遗传图谱构建提供了丰富的候选分子标记.
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艾纳香萜类物质生物合成途径分析
为了全面了解艾纳香中萜类物质的代谢途径,以及具体的基因和催化酶类,以期为从分子水平调控艾纳香中萜类活性成分提供理论依据.基于艾纳香的转录组数据,将艾纳香的转录组测序结果同KEGG数据库中其他多种高等植物萜类合成途径的研究结论进行比对,预测出艾纳香中萜类代谢的具体途径.结果表明艾纳香在KEGG数据库中比对上4条萜类代谢通路:萜类骨架代谢途径、单萜代谢途径、二萜代谢途径、倍半萜与三萜代谢途径,对应基因的数目分别为103,10,29,59条.通过对催化酶与活性产物进行总结分析,结果显示,单萜活性产物为8种、二萜3种、三萜和倍半萜3种.在萜类代谢途径过程中的关键酶主要为脱氧木酮糖-5-磷酸合酶、HMG-CoA还原酶、烯丙基转移酶系.艾纳香中与单萜类物质合成的酶类相对较少,而产物种类较多,这可能与单萜合酶催化产物的不专一性有关.通过对艾纳香中萜类调控途径的整体分析,并对其中关键酶基因的调控,有望整体提高艾纳香中萜类活性物质的产量.
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多穗柯转录组分析及黄酮类化合物合成相关基因的挖掘
多穗柯具有甜味和保健功效,其中黄酮类化物是主要活性物质.为获取多穗柯转录组数据库以及黄酮类化合物生物合成相关基因,该研究用RNA-Seq中的Illumina HiSeq 4000对多穗柯嫩叶进行转录组测序,共获得6 Gb数据,拼接后得到41 043条Unigene,与7个基因数据库进行比对,可归类于51个GO分类中,涉及到237个KEGG标准代谢通路.找到黄酮合成相关基因28条.通过MicroSatallite (MISA)软件分析筛选到18 161个SSR,其中单碱基重复丰富,有7 346个.此研究得到大量转录本信息,为多穗柯的分子生物学研究提供了宝贵的转录组数据库资源.
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基于转录组测序的山茱萸次生代谢生物合成相关基因的挖掘
为探讨山茱萸中环烯醚萜等次生代谢产物合成的遗传基础,采用新一代高通量测序技术对其果实进行转录组测序,共获得得96 032条unigenes,平均长度590.53 bp;其中共有35 478条unigene能被NR,Swissprot,COG,GO,KOG,Pfam和KEGG等7个公共数据库注释.通过对注释所得的unigene进行KEGG代谢通路的分析发现,共有84个unigene与环烯醚萜类成分的生物合成有关;487条unigene参与山茱萸其他次生代谢相关物质代谢调控.研究发现,共有153条unigene参与山茱萸次生代谢产物的氧化/羟基化;72条unigene参与次生代谢产物的糖基化.该研究首次对山茱萸转录组进行了分析,并获得了山茱萸环烯醚萜类等次生代谢生物合成相关的候选基因,为山茱萸的分子生物学研究提供了丰富的数据资源,也为后续探讨候选基因的功能奠定了基础.
