分析基因差异表达的几种方法

随着人类和很多动物的基因组测序完成,以基因组功能研究为主要目标的后基因组时代的来临,基因功能信息的获取将成为基因研究的重点.基因差异表达分析是获取基因功能信息的重要方法.     

籽鹅卵巢组织差异表达基因的研究

本研究旨在筛选产蛋前期和产蛋期籽鹅卵巢组织差异表达的基因,并进行功能分析,从而探讨鹅产蛋的分子调控机理。利用抑制性消减杂交技术筛选籽鹅卵巢组织中的差异表达基因,用GOTM软件将所得ESTs从分子功能水平进行GO分类。结果表明,所构建的籽鹅卵巢组织消减cDNA文库的削减效率在20倍以上,片段大小主要在300～750bp;挑选86个阳性克隆测序,获得15个ESTs,其中有11个为已知的ESTs,4个未知的ESTs;11个已知的ESTs被分成结合功能、催化活性、酶调节活性、转运蛋白活性和其它功能。本研究成功构建了籽鹅卵巢组织消减cDNA文库,并筛选得到了15个可能在产蛋前期和产蛋期籽鹅卵巢组织中差异表达的ESTs,它们可能在鹅产蛋过程中起着重要的调控作用。     

消减cDNA文库差异表达基因检测分析方法的研究进展

同已有的差异表达基因分离方法相比,抑制消减杂交以其快速、高效及假阳性率低等优点被广泛应用,并形成了反向Northern斑点杂交和表达谱基因芯片技术2种差减cDNA文库筛选方法,同时,快速发展的生物信息学为文库中大量阳性差异表达片段的序列分析提供了最有力的技术手段,而RT-PCR和实时荧光定量PCR为进一步在mRNA水平验证基因的表达差异性和初步揭示基因功能奠定了技术基础。作者在简要综述上述各方法的原理、特点及应用基础上指出,先测序后筛库的研究策略可以在成本增加较低的前提下大幅度提高差异表达基因的研究效率。     

差异表达基因分离技术及其在家禽研究中的应用

随着分子生物学技术的发展以及基因组计划的实施,差异表达基因的分离与克隆已成为近年来研究的热点.通过对不同生命活动中各种相关基因进行筛选和研究,能够使我们更好地了解这些生命活动的分子作用机制.本文就近年来比较常用的差异表达基因分离技术及其在家禽研究中应用的进展进行综述.     

抑制消减杂交联合基因芯片技术及其在动物基因差异表达研究中的应用

抑制消减杂交技术(SSH)与基因芯片技术是研究差异表达基因的两种不同的方法,这两种技术如果单独使用都会存在不同程度的不足。近年来,研究人员发现,将SSH和基因芯片技术结合使用,可充分发挥各自的优势,弥补各自的不足,实现差异表达基因的大规模高效筛选,因此,抑制消减杂交联合基因芯片技术成为目前分析差异表达基因新的有效手段。介绍了SSH技术、基因芯片技术以及两者结合的原理与优缺点,同时概述了抑制消减杂交联合基因芯片技术在动物差异表达基因研究中的应用。     

抑制消减杂交(SSH)技术的研究与应用

随着人类基因组计划的完成及后基因组计划的启动,差异基因表达就成了一项热门的技术.由于分子生物学及相关技术的迅猛发展,在转录水平研究差异基因表达的方法也层出不穷.     

基于RNA-seq技术筛选低钙培养奶牛乳腺上皮细胞差异表达基因

本研究拟利用转录组测序(RNA-seq)技术筛选低钙培养奶牛乳腺上皮细胞(CMEC)差异表达基因,为临床寻找更为准确、灵敏的奶牛低钙血症生物标志物提供方法与思路。利用RNA-seq技术对低钙组CMEC转录组测序,筛选8个差异表达基因进行定量反转录聚合酶连锁反应(qRT-PCR)验证测序结果准确性,对测序数据进行基因功能注释及通路富集分析。结果显示,2组分别得到63 910 842条和66 979 098条滤过读段,共计筛选116个差异表达显著性基因,其中上调基因52个,下调基因64个,并找到调节甲状腺素信号通路的KAT2A基因和参与甲状腺素合成的DUOXA2基因。利用qRT-PCR对测序结果中筛选的8个差异表达基因进行验证,其结果与RNA-seq结果大体一致。结果表明低钙环境影响CMEC基因表达,KAT2A和DUOXA2基因可能参与细胞钙调节。     

应用基因表达系列分析(SAGE)技术研究高温处理前后家蚕的基因表达差异

高温对家蚕的生理和免疫能力有明显影响。为从分子水平上探究家蚕抗高温机制,应用基因表达系列分析(SAGE)技术获得家蚕5龄雌蚕高温处理前后中肠、丝腺和脂肪体组织的基因表达谱,构建高温组(34℃)和常温组(26℃)2个家蚕SAGE文库。2个家蚕SAGE文库分别包含3555107和3580976个原始标签,其中的标签种类分别为113684和131 296个,清洁标签的种类分别为45972和49467。比较2个文库清洁标签获得65 535种差异标签,共注释4249个基因,其中有1 062个差异表达的基因(P<0.05,错误检测率FDR≤0.001并且拷贝数的差异在2倍以上)。经GO分析发现2个文库中基因的分布极其相似,表明这些基因在不同的环境温度下有类似的生物学功能并参与类似的生理代谢过程。KEGG pathway分析显示有732个基因涉及176个KEGG路径,其中有40个为差异表达基因显著富集的路径(P<0.05),超过一半的路径与代谢、生物合成和信号传导有关。上述结果有助于对家蚕抗高温基因的鉴定以及探究基因调控的网络关系。     

基于RNA-Seq筛选ALV-J感染汶上芦花鸡肝差异表达致病相关基因

为挖掘感染ALV-J汶上芦花鸡的肝差异表达致病相关基因。本研究以汶上芦花鸡为试验素材,分别在42和300日龄进行ALV血液病毒分离检测筛选ALV阴性和阳性个体,对ALV阳性个体有病理变化的肝组织和阴性个体肝组织进行PCR检测,分别选取3只ALV阳性（G1组）和阴性（G2组）个体的肝组织,并对G1组PCR产物测序、聚类分析确定ALV亚型,利用RNA-Seq测序技术筛选差异表达基因,并进行功能分析,利用荧光定量qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。结果表明,G1组样品经PCR检测、PCR扩增产物测序和聚类分析确定ALV为J亚型,转录组分析发现,共有42个差异基因在GO和KEGG中富集,其中,上调基因18个,下调基因24个。随机选取的5个差异表达基因qRT-PCR验证结果与RNA-Seq测序结果相一致。GO分析显示,差异表达基因主要涉及细胞过程、代谢过程、对刺激的反应、免疫系统等;KEGG分析显示,差异表达基因主要富集在细胞过程、信号传导、疾病、新陈代谢等信号通路。本研究通过转录组分析发现了影响ALV-J致病性的多个基因和关键信号通路,为深入了解ALV-J致病的分子机制提供了思路。     

基于转录组测序筛选高盐培养下双峰驼肾皮质细胞差异表达基因

为探讨双峰驼的高盐适应机制并筛选出受高盐调控的基因,本试验采用RNA-Seq技术对双峰驼肾皮质细胞进行转录组测序分析。试验分为2个组,等渗培养基处理的肾皮质细胞为对照组（Control）,高渗培养基处理的肾皮质细胞为高渗组（HS）,进行转录组测序,从而筛选出一系列差异表达基因（DEGs）,并用GO富集和KEGG富集分析对DEGs进行基因功能和途径的注释。结果显示,在高盐环境下双峰驼肾皮质细胞中共有4 854个显著DEGs;GO富集分析显示,DEGs显著富集在G蛋白偶联受体活性、受体结合、核酸结合转录因子活性、质膜、离子通道的活动和免疫反应等功能中;KEGG通路富集显示,DEGs显著富集在信号传导、辅助因子和维生素代谢、信号分子相互作用、运输和分解代谢、免疫系统等通路中;采用实时荧光定量PCR技术随机检测了参与高盐代谢的3个差异表达基因,其表达趋势与RNA-Seq一致,可以验证RNA-Seq技术的准确性。因此,双峰驼肾皮质细胞的高盐耐受性可能与这些途径和通路中重要基因的调控有关。本试验结果将为进一步揭示双峰驼耐盐性的分子调控机制提供重要的参考依据。     

用银染mRNA差异显示技术寻找不同生长阶段绵羊皮肤中差异表达基因

利用优化了的银染mRNA差异显示技术(DD-PCR)，比较了出生后40日龄、60日龄和120日龄三个不同生长阶段的绵羊相同部位的皮肤中总RNA的差异表达。结果表明：同一个体不同日龄的绵羊存在着表达量不同的差异表达基因，并初步筛选出了8条重复性好的差异cDNA片段，其中1条表达量不同的差异片段存在于40日龄，5条存在于60日龄，2条为120日龄所特有。本试验将为进一步研究影响绵羊毛性状相关基因在皮肤中的表达提供科学的参考依据。     

绵羊超数排卵卵巢差异表达基因及生物信息学分析

【目的】筛选出影响经超数排卵处理的多浪羊卵巢卵泡发育的关键基因、生物过程及信号通路,为进一步了解多浪羊超数排卵状态下卵巢生长发育机制提供依据。【方法】对15只2～3岁身体状况良好的多浪羊进行超数排卵处理后,采集超数排卵中早期(第11天)、中期(第13天)、晚期(第15天)卵巢组织,利用高通量测序技术进行转录组测序,将测序得到的reads序列与参考基因组进行序列比对,筛选出差异表达基因;通过STRING数据库对差异表达基因进行蛋白互作网络分析,采用Cytoscape软件进行可视化编辑处理,利用eggNOG-mapper软件进行GO功能和KEGG通路富集分析。【结果】超数排卵卵巢第11和13天共筛选出223个差异表达基因,获得259条互作关系,差异表达基因显著注释在细胞生长、核糖核蛋白复合等条目中,其中显著差异表达的基因为ITGB3和SNAI1,未发现显著富集通路。超数排卵卵巢第13和15天共筛选出694个差异表达基因,获得785条互作关系,差异表达基因显著注释在DNA复制的启动、DNA复制、DNA新陈代谢过程等条目中,其中显著差异表达的基因主要有CASP3、NOTCH1、WNT2和RUN...     

简州大耳羊肌内脂肪细胞成脂分化差异表达基因的筛选与鉴定

旨在通过转录组测序技术获得简州大耳羊肌内前体脂肪细胞成脂分化前后的差异表达基因,并经生物信息学分析获得相关信号通路及可能发挥作用的关键功能候选基因。本研究以7日龄的健康简州大耳羊公羊为试验动物（n=3）,采用胶原酶消化法分离获得其肌内前体脂肪细胞;利用Illumina平台对肌内前体脂肪细胞和诱导分化5 d的肌内脂肪细胞cDNA样品（n=3）进行高通量测序;以|log₂fold change|>0和P<0.05为阈值筛选获得差异表达基因,并利用clusterProfiler R包对其进行GO功能和KEGG通路富集;最后利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）技术检测功能候选基因在细胞分化前后的表达量变化。结果显示,共获得差异表达基因7 916个,其中4 143个为表达上调基因,主要富集到氧化磷酸化、核糖体合成和三羧酸循环通路等305条通路;3 773个为表达下调基因,且主要富集到甲状腺激素信号通路等303条通路;差异基因GO功能注释中52.8%为生物过程、13.4%是细胞组成和33.8%是分子功能。qRT-PCR结果表明,UCP3、ACACB、ACOT11、ACOX3、APOA1和WISP2在分化前后的山羊肌内脂肪细胞中的表达趋势与RNA-seq结果一致,提示这些基因适合作为下一步研究的功能候选基因。本研究筛选得到简州大耳羊肌内脂肪细胞成脂分化的差异基因,并确认了6个基因可作为功能候选基因。研究结果为阐明肉用山羊肌内脂肪细胞成脂分化的分子调控网络提供基础数据和系统资料。     

几种基因差异表达筛选技术在动物发育与繁殖中的最新进展

抑制性消减杂交(SSH)、DNA芯片和基因表达系列分析(SAGE)技术都是高效鉴别不同细胞群之间差异表达基因的方法。作者对这3种方法在动物发育与繁殖领域中的最新应用进展作了简要阐述。     

鹅产蛋相关基因筛选获得成功

日前许多学者针对鹅产蛋性能普遍较低的现状,利用抑制性消减杂交技术分别构建了产蛋前期和产蛋期鹅垂体、卵巢、肝脏等组织消减cDNA文库,采用反向斑点杂交技术对文库进行了差异表达基因的筛选和鉴定,经测序获得了多个可在产蛋期鹅垂体、卵巢、肝脏组织中高效表达的基因或     

基于RNA-Seq技术的塔里木马鹿毛色相关差异表达基因筛选及初步分析

旨在基于RNA-Seq技术对塔里木马鹿毛色相关基因进行筛选及分析。采用Illumina Hi Seq TM2000测序平台对塔里木马鹿和天山马鹿的皮肤组织进行转录组测序,所得序列经质控、组装后比对到NR、Swiss-Prot、COG、KOG、KEGG、GO和Pfam数据库中注释,并对差异表达基因进行筛选、功能注释和富集分析。结果表明,测序获得25 038个有注释信息的Unigenes,比对分析显示,塔里木马鹿与天山马鹿有922个差异表达基因,其中上调表达基因495个,下调表达基因427个;GO功能富集分析结果显示,568个差异表达基因富集到61个GO条目上,分别参与了生物学过程、细胞组分及分子功能;KEGG代谢通路富集分析发现,在差异表达基因中富集最显著的代谢通路是ECM-受体相互作用。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法分析与塔里木马鹿毛色相关的7个候选基因的转录水平变化来验证转录组测序结果的准确性和可靠性,这些基因的表达趋势与转录组测序结果相一致。ECM-受体相互作用、蛋白质消化与吸收、PI3K-Akt信号通路及与黑色素合成相关的酪氨酸等通路可能与塔里木马鹿的毛色有关;候选基因MITF、Ggt1、VDR、PTPRF、CⅡTA、ARPC5L、POMC等可能在塔里木马鹿毛色形成过程中发挥重要作用。本研究结果为今后塔里木马鹿毛色相关基因的分子调控机制方面及挖掘潜在的新基因提供了丰富的试验数据。     

民猪和大白猪背最长肌差异表达基因的筛选与注释

为了筛选民猪和大白猪背最长肌中的差异表达基因,本研究采用高通量测序技术,构建了民猪(脂肪型)和大白猪(瘦肉型)背最长肌组织的数字基因表达谱,对差异表达的数字基因进行了筛选与注释,并进行了GO和通路的功能显著性富集分析.结果表明,民猪和大白猪分别获得5 000 000多条可用的标签数据(Clean tag),其中拷贝数大于100的标签所占比例最高,分别为88.62％和84.62％;完全比对到正义链上,且1个标签仅比对到1个基因的分别为2 351 788和2 388 175条.以大白猪为对照组,民猪与之相比,差异倍数在2倍以上的共有1 098个基因,其中44个上调表达,1 054个下调表达,有11个基因只在民猪中表达,256个基因只在大白猪中表达,差异表达基因中包括多个与肌内脂肪含量、脂类代谢、肉色、嫩度和肌肉生长发育相关的基因或转录子.民猪和大白猪分别预测到了23 853个和34 731个定位在猪基因组不同位置的新转录本,其中包含存在1个碱基错配的标签.民猪和大白猪之间的差异基因在细胞所处位置方面显著富集的条目有细胞质、膜旁细胞器、色素粒、水解性液泡、部分细胞内等共计18个;在基因分子功能方面显著富集的条目有蛋白结合和氧化还原酶活性2个;在参与的生物过程方面显著富集的条目有对压力的应答、对活性氧的应答和羧酸代谢过程等14个.显著富集的通路共计11个,按照P值从小到大的顺序,溶酶体、PPAR信号通路和胆汁酸合成通路为差异最显著的3个通路.本研究结果可为今后挖掘新基因和研究影响猪肉品质的遗传因素等提供理论依据.     

家蚕微孢子虫感染BmN细胞的差异表达基因筛选及Akirin的原核表达

为探究家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)感染宿主细胞的分子机制,以感染Nb的家蚕卵巢上皮细胞(BmN)为材料,通过GeneFishing技术进行基因差异表达分析,发现感染Nb的BmN细胞有10个基因被诱导或抑制表达,这些差异表达基因功能涉及蛋白质合成、细胞信号转导、线粒体呼吸链电子传递、细胞能量代谢、细胞免疫及一些未知功能。运用RT-PCR方法克隆在感染Nb的BmN细胞中差异表达的免疫相关基因Akirin,获得一个长588 bp的完整ORF,编码195个氨基酸,预测蛋白质分子质量21.98 kD,等电点为8.97,属于碱性蛋白,该蛋白质经SignalP在线预测未见信号肽。通过原核表达获得家蚕Akirin的外源融合表达蛋白,为进一步研究家蚕Akirin在家蚕先天免疫系统中的功能奠定了基础。     

基于转录组测序的高羊茅分蘖与株高相关差异表达基因分析

分蘖与株高是禾本科草类植物重要的农艺性状,明确参与调控分蘖与株高的基因类型对牧草和草坪草分子辅助育种具有重要意义。以表型差异明显的两个高羊茅品种“Kentucky-31”（K31）和“Regenerate”为材料,旨在构建高羊茅分蘖节转录组图谱,挖掘在分蘖节部位调控生长发育相关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）。基于高通量测序技术平台Illumina HiSeq 2500×Miseq 300进行转录组测序,并将得到的数据进行de novo组装,结果共获得77872条单基因簇（unigene）。将获得的unigenes与非冗余蛋白数据库（non-redundant protein database,NR）、蛋白质数据库（universal protein,Uniprot）、基因本体数据库（gene ontology,GO）、东京基因与基因组数据库（kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）以及直系同源蛋白簇（clusters of orthologous groups,COG）数据库进行比对,结果显示：分别有59927、40213、44447、15146和13767条unigenes成功获得注释。“Regenerate”与“K31”对比有1573个上调DEGs和1441个下调DEGs。GO富集分析发现,DEGs主要富集在细胞、细胞组分、大分子复合物组装等生物过程。DEGs中共注释到42个差异表达转录因子,主要包括TCP、WRKY和ARF等19种类型。还注释到与8类植物激素相关的DEGs,包括生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素、乙烯、油菜素甾醇、水杨酸和茉莉酸。利用实时荧光定量PCR对DEGs进行表达模式验证,发现其与RNA-Seq测序结果一致,证实了测序结果的准确性。研究结果丰富了高羊茅的转录组序列资源,初步获得控制株高及分蘖发育的候选因子,为进一步开展基因功能及分子育种研究提供了理论支持。