基于WGCNA的棉花子叶抗冷相关共表达模块鉴定

权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是系统生物学的一种研究方法,在多样本转录组数据中挖掘与目标性状相关的基因模块应用较广泛.为深入探究棉花应对冷害胁迫的分子机制,以4℃低温处理不同时间点的2个棉花品种(新陆中16和新陆中32)幼苗...     

基于WGCNA挖掘天津猴鸡裸颈性状相关基因

天津猴鸡是中国珍贵的裸颈鸡遗传资源,为在全基因组范围内探究其裸颈发育相关基因,本研究采集天津猴鸡杂交F₁代裸颈鸡和常羽鸡颈部皮肤组织用于转录组测序。加权基因共表达网络分析（WGCNA）结果显示,识别到的10个基因模块中只有蓝绿色（turquoise）和蓝色（blue）基因模块与裸颈表型显著相关,共计583个基因;GO功能富集分析富集到脂滴组织、甘油三酯储存负调控以及肌肉收缩等脂肪和肌肉相关生物学过程等条目;KEGG通路分析也富集到多条脂肪代谢相关通路,包括PPAR信号通路和甘油酯代谢等;蛋白质互作网络分析结果显示ACTN2基因编码的蛋白质的连通性最高,其次是MYL10基因编码的蛋白质,另外,还发现多个密切参与毛囊发育的基因,包括SOX9和PPARGC等。本研究结果将为进一步揭示并完善鸡裸颈的形成和发育奠定基础,同时对天津猴鸡的保护、开发和利用具有重要意义。     

基于WGCNA鉴定茶树响应草甘膦相关的基因共表达模块

【目的】分析茶树响应草甘膦相关的基因表达规律和调控途径,在转录水平上探究草甘膦对茶树的作用,确定茶树响应草甘膦的关键基因。【方法】以茶树品种‘金观音’为试验材料,将推荐使用浓度的草甘膦施于茶树土壤基质表面,经0、0.25、1、3和7 d后,取叶片进行转录组测序,并测定莽草酸含量。利用WGCNA方法联合分析转录组和莽草酸含量数据,鉴定与草甘膦响应相关的共表达基因模块,筛选关键调控基因。【结果】茶树叶片中的莽草酸含量在草甘膦处理后0.25、1和3 d降低,而在7 d时大量积累（为未处理的6.99倍）。从表达谱数据中筛选得到12 568个差异表达基因（DEGs）,草甘膦处理不同时间点与未处理数据比对的DEGs均显著富集在苯丙烷、类黄酮生物合成及植物激素信号转导途径;此外,草甘膦处理分别诱导茶树莽草酸代谢及其下游苯丙烷、类黄酮生物合成和激素信号转导途径相关的24、52、31和69个基因差异表达。通过加权基因共表达网络（WGCNA）方法鉴定得到19个基因模块,将转录组与莽草酸含量数据相关联,筛选到两个与草甘膦响应高度相关的关键基因模块,分别包含2 024和2 305个基因。选取关键模块中连通度最高的前50个基因进行共表达分析,获得6个关键调控基因,包括2个抗性基因（SHMT和RPM）、1个耐药性基因（PDR）、1个离子转运基因（At）、1个膜转运基因（GPT）和1个转录因子（ERF）。【结论】草甘膦通过干扰茶树叶片中莽草酸代谢,影响其下游代谢途径苯丙烷、类黄酮生物合成及激素信号转导途径的基因转录。此外,研究还鉴定到2个草甘膦响应密切相关的共表达模块,发现SHMT、RPM、At、PDR、ERF和GPT等多个潜在候选基因和转录因子在茶树抵御草甘膦逆境中发挥重要作用。     

基于WGCNA鉴定全缘叶绿绒蒿类黄酮合成途径关键基因

【目的】黄酮类化合物具有抗炎、抗癌、抑菌等多种功效,是全缘叶绿绒蒿的主要药用成分之一。通过分析全缘叶绿绒蒿不同部位的空间代谢组与转录组信息,挖掘调控黄酮类化合物合成的关键基因,为研究全缘叶绿绒蒿类黄酮合成机制提供理论参考,并为提高类黄酮含量遗传育种奠定分子基础。【方法】以全缘叶绿绒蒿的根、茎、叶和花瓣为材料,对不同部位进行转录组测序,并通过空间代谢组数据分析黄酮类化合物在不同部位中的分布情况,利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定出与黄酮类化合物合成密切相关的关键模块和关键基因。另外,挑选12个基因进行qRT-PCR,验证转录组数据的可靠性。【结果】全缘叶绿绒蒿中黄酮类化合物在不同部位呈现差异积累,花瓣是黄酮类化合物积累的主要部位,同时明确了8种主要黄酮类化合物。转录组测序共获得20 085个表达基因,仅在花中表达的基因有286个,是仅在其他部位中表达基因数量的3.6-4.2倍。利用WGCNA对过滤后的高表达差异基因进行划分,共获得14个共表达模块,确定了关键模块MEturquoise和MEgreen与8个主要黄酮类化合物显著相关（P<0.05）。KEGG分析发现这两个模块基因主要在代谢相关的通路中富集,在黄酮类化合物合成相关通路上也有基因富集,两个模块分别包含了18个和6个与黄酮类化合物合成相关的基因,并从模块中筛选到14个核心结构基因（5个CHS、2个HIDH、2个CCoAOMT以及FLS、CYP75B1、CHI、HCT和CYP73A）和1个转录因子HB2,这些基因多在花瓣或是茎中高表达。qRT-PCR所测基因表达变化趋势与转录组基本一致,表明利用该转录组数据所得出的分析结果可信。【结论】全缘叶绿绒蒿黄酮类化合物积累和基因表达在不同器官间具有显著差异,联合分析筛选到与黄酮类化合物积累密切相关的14个核心结构基因和1个转录因子,这些基因可能在调控全缘叶绿绒蒿不同器官黄酮类化合物的合成和差异积累过程中起到关键作用。     

荷斯坦牛肌肉组织中与妊娠末期、泌乳期及繁殖力相关的基因共表达网络构建

[目的]筛选荷斯坦牛肌肉组织中与妊娠末期、泌乳期及繁殖力相关的关键目标基因,为进一步开展基因功能研究提供理论依据.[方法]选择GEO数据库中有关荷斯坦牛在妊娠末期、泌乳早期和泌乳中期肌肉基因表达及生育能力的数据集GSE62159,采用加权基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)方法进行基因共表达分析,将获得的模块与妊娠末期、泌乳中期及繁殖力性状相关联,选择各模块中连接度处于前 30 的基因作为枢纽基因(Hub基因),使用String网站对模块进行蛋白互作(Protein-protein interaction,PPI)网络分析,选择PPI网络中节点连接度值排名前 30 的基因作为核心基因,与Hub基因交集得到在肌肉中与不同生理时期及繁殖力相关的关键目标基因.[结果]研究共分析得到 13 个模块,其中Green、Blue两个模块分别与妊娠末期、泌乳中期相关,Magenta模块与繁殖力相关.对各目标模块内基因进行功能富集分析,富集结果显示肌肉组织中与妊娠末期相关的基因功能主要有物质代谢、能量代谢、蛋白质合成与分泌、机体对氧化应激的反应及神经退行性变等;与泌乳中期相关的基因功能有干细胞群维持、蛋白质合成与分泌、抗原加工与呈递及多种疾病发生等;与繁殖力相关的基因功能有血管形成、子宫内胚胎发育与肌动蛋白丝结合等.筛选到荷斯坦牛肌肉中与妊娠末期相关的关键基因有 3 个、与泌乳中期相关的关键基因有 1 个、与繁殖力相关的关键基因有 8 个.[结论]鉴定到荷斯坦牛肌肉组织中与妊娠末期相关的基因为EIF5A、ACO2 和EEF1G,与泌乳中期相关的基因为EIF4A2,与繁殖力相关的基因为ITGB1、MYH9、TLN1、CAV1、COL4A1、COL4A2、FLNA和HSPG2.     

基于甘薯耐盐转录组测序的SSR和SNP特征分析

旨在对甘薯耐盐转录组中潜在的SSR和SNP位点进行挖掘及特征分析,以完善甘薯分子标记。试验以不同耐盐甘薯品种的转录组序列为基础,利用MISA、GATK软件分析了转录本中的SSR和SNP信息。结果显示,研究共获得SSR位点33192个,分布在24323条Unigenes中,出现频率为21.11%。其中,6271条Unigenes含有超过1个以上的SSR位点。SSR类型以单核苷酸重复SSR和双核苷酸重复SSR为主。在重复基元中,A/T和AG/CT所占的比例最高,为优势基元。在157252条Unigenes中共挖掘到SNP位点7691906个,分布密度为0.08个/bp。其中转换类型有4729922个,颠换类型有2961984个。在所有突变类型中,C/T和A/G含量最高,分别为占总数的32.34%和29.15%。综上所述,甘薯转录组具有较丰富的SSR和SNP标记,多态性较高,可为甘薯抗逆品种筛选、种质培育等研究奠定理论基础。     

利用加权基因共表达网络分析牛口蹄疫病毒感染通路变化

从基因表达综合数据库下载GSE83514数据集,利用加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选与牛口蹄疫病毒感染的相关模块及枢纽基因,并对整个模块内的基因进行GO功能注释和KEGG通路分析。结果显示,通过构建WGCNA共表达网络,确定与牛口蹄疫病毒感染显著负相关的Darkred模块和显著正相关的Green模块为枢纽模块,它们的枢纽基因分别为MFSD4和RHOH。这两个模块基因共富集到20个生物学过程及14条KEGG信号通路,并且两个模块同时富集到DNA复制通路。本研究为探究牛口蹄疫病毒感染通路变化提供了生物信息学依据,筛选的枢纽基因MFSD4和RHOH有望成为抑制牛口蹄疫病毒感染的治疗靶标。     

山药块茎发育阶段基因共表达网络构建及阶段特异性分析

山药是一种药食同源作物,块茎是其主要产品器官,其发育机制对于山药产量和品质提升相关育种有着重要的指导作用.以不同生长阶段(块茎膨大第1 d、第11 d、第21 d、第31 d、第41 d、第51 d,T1～T6)的山药块茎为材料进行转录组测序,经从头(de novo)组装后获得42042个unigenes,利用七大数据...     

利用WGCNA鉴定谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉胁迫的共表达基因

【目的】脱落酸(ABA)作为一类逆境激素,在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。脱落酸受体蛋白PYR/PYL/PCAR及SNF1相关的蛋白激酶(SnRK2)是介导脱落酸信号转导的重要调控因子。本研究通过预测脱落酸及其信号转导途径中关键基因在谷子白发病致病菌禾生指梗霉(Sclerospora graminicola)中的调控作用,为谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染的互作研究提供参考。【方法】通过对禾生指梗霉侵染的晋谷21号谷子进行转录组测序和脱落酸含量测定,基于谷子全基因组对脱落酸信号转导通路上的PYL和SnRK2家族基因进行鉴定、分析,利用测定的转录组构建加权基因共表达网络(WGCNA),并与禾生指梗霉侵染引起的寄主内源脱落酸含量进行关联,预测脱落酸及其下游信号转导基因PYL和SnRK2在谷子与禾生指梗霉互作调控中的关键核心基因;利用qRT-PCR技术对候选基因进行验证。【结果】谷子中存在禾本科中较为保守的PYL和SnRK2家族基因各11个,且在PYL和SnRK2家族基因的启动子上均预测到脱落酸响应元件。在禾生指梗霉侵染后,寄主内源脱落酸在第一、第二时期大量积累,含量显...     

利用WGCNA鉴定谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉胁迫的共表达基因

【目的】脱落酸（ABA）作为一类逆境激素,在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。脱落酸受体蛋白PYR/PYL/PCAR及SNF1相关的蛋白激酶（SnRK2）是介导脱落酸信号转导的重要调控因子。本研究通过预测脱落酸及其信号转导途径中关键基因在谷子白发病致病菌禾生指梗霉（Sclerospora gramin...     

基于全长转录组的蚕豆WRKY基因家族分析及耐盐胁迫相关候选基因挖掘

WRKY基因是植物特有的转录因子基因,能够调控植物的生长发育和胁迫响应.为了鉴定蚕豆WRKY基因家族成员,揭示其进化关系并挖掘与盐胁迫相关的候选WRKY基因,本研究在完成蚕豆全长转录组测序(9 个样品)和二代转录组测序(27 个样品)的基础上,利用生物信息学方法对WRKY转录因子基因进行鉴定与分析,并通过拟南芥同源基因比对挖掘盐胁迫相关的候选VfWRKY基因.结果表明,蚕豆全长转录组测序共获得 53.84 Gb数据量,通过比对和校正最终获得58 885条转录本序列信息;基于蚕豆全长转录组共鉴定出 113 个WRKY家族成员,氨基酸数目为153～737 aa,等电点为4.84～9.87,113 个WRKY家族蛋白质全部定位于细胞核中;根据拟南芥WRKY家族系统发育特征,VfWRKY基因家族可分为 3 组,分别为group 1(38 个VfWRKY)、group 2(61 个VfWRKY)、group 3(14 个VfWRKY);Motif 1 和Motif 3 是VfWRKY基因家族的特征基序,并对应WRKY保守结构域,在进化过程中较为保守;VfWRKY基因家族主要富集在植物MAPK信号通路、植物与病原菌相互作用和剪接体 3 个通路中;通过同源比对,在蚕豆中发现 14 个盐胁迫相关候选WRKY基因,且主要在根中高表达.该研究结果为蚕豆的遗传学研究提供了丰富的参考数据,也为创制耐盐蚕豆新品种提供了基因信息.     

水稻响应热胁迫核心基因的筛选与鉴定

基于热胁迫条件下的水稻转录组数据,通过HTSeq和DESeq软件筛选差异表达基因;对其进行功能富集和构建蛋白质互作网络,鉴定最重要模块中的核心基因.结果显示:水稻热胁迫0h、1h、6h和12h条件下,共有278个差异表达基因,生物学过程主要富集在刺激反应和蛋白质折叠上;鉴定出含有12个基因的重要模块.基因表达模式显示重...     

基于转录组和WGCNA筛选丝瓜果长和果径发育调控相关基因

【目的】 鉴定丝瓜果长和果径发育基因共表达模块并筛选关键调控基因,为后续丝瓜果形控制的分子机制研究提供理论依据。【方法】以丝瓜9个发育阶段（开花前2 d以及花后0、2、4、6、8、10、15和20 d）果实为研究材料,测定各阶段的果长和果径,利用WGCNA方法联合分析转录组与果长和果径数据,鉴定与果长和果径发育相关的共表达基因模块,筛选关键调控基因。【结果】利用WGCNA鉴定出14个共表达模块,与果长和果径显著相关（相关系数的绝对值=0.9）的共表达模块有2个,显著正相关的模块为Turquoise模块,显著负相关的模块为Lightpink4模块。KEGG富集分析发现,Turquoise模块显著富集在内吞作用和苯丙烷生物合成通路,与果实膨大、伸长调控密切相关,可作为研究丝瓜果长和果径的关键基因模块。根据Turquoise模块内基因的连接度以及功能注释,筛选出10个关键调控基因,包括木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶基因XTH23、肌动蛋白解聚因子基因ADF2、伴侣蛋白基因DnaJ10、扩展蛋白基因（EXPA1、EXPA4和EXLA5）、驱动蛋白基因Kinesin-13A、生长素反应基因SAUR21和Aux/IAA11。RT-qPCR结果显示,10个调控基因的表达量均在果实进入快速生长期（花后8 d）后显著升高,增加倍数约为2—50倍。通过构建基因互作网络,发现部分调控基因与WRKY、bHLH和HSF转录因子家族存在互作关系。【结论】获得了丝瓜果长和果径基因共表达重要模块Turquoise模块,筛选到10个调控基因可作为丝瓜果形控制的潜在候选基因,并发现丝瓜果长和果径的发育调控主要涉及细胞壁的重构、细胞的发育与分化、生长素的调控等过程。     

全基因组DNA甲基化和转录组联合分析鉴定杜梨耐盐相关转录因子

【目的】鉴定不同杜梨株系根中响应盐胁迫信号的相关转录因子,分析盐胁迫下基因序列DNA甲基化变化与基因表达改变之间的关系,探讨参与调控不同杜梨株系耐盐能力的转录因子成员。【方法】以杜梨耐盐株系和普通株系为试材,在苗期使用200 mmol·L^-1 NaCl对90日龄组培生根苗进行水培处理,以Hoagland营养液为对照。利用火焰石墨炉原子吸收光谱仪测定钠离子含量;利用全基因组DNA甲基化和转录组测序技术从表观遗传修饰和转录调控水平对盐胁迫下转录因子进行生物信息学分析;最后用McrBC-PCR和qPCR对差异转录因子进行验证。【结果】外源NaCl处理24 h后,杜梨植株中钠离子含量显著增加,其中耐盐株系的增加幅度比普通株系小,为普通株系钠含量的73.1%,但根中积累的钠是普通株系含量的1.1倍;杜梨根中检测到69类共2 682个转录因子的表达,盐胁迫后243个转录因子在两个株系中都发生了差异表达,包括AP2/ERF(37个)、bHLH(19个)、bZIP(7个)、HD-Zip(10个)、MYB(30个)、NAC(18个)、WRKY(8个)和ZFP(23个)等家族成员;盐...     

GM-CSF与生长抑素共表达基因疫苗的构建和鉴定

以基因疫苗pVGS/2SS-asd为模板,采用分子生物学方法,分别获得目的片段粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（ GM-CSF）和含有乙肝表面抗原S基因的生长抑素基因（ SS）。以共表达质粒pIRES为载体,采用基因工程方法,将GM-CSF和SS基因片段分别克隆到载体的多克隆位点A和多克隆位点B上,构建共表达基因疫苗pIRES-GM-CSF/2SS,旨在同时表达GM-CSF和SS两种蛋白。获得表达质粒后,酶切和测序鉴定该共表达基因疫苗,结果显示,该共表达基因疫苗pIRES-GM-CSF/2SS构建成功,为该共表达基因疫苗的后续研究奠定了良好的基础。     

利用基因芯片研究小麦耐盐突变体盐胁迫条件下基因的表达图谱

 【目的】研究小麦在不同盐胁迫时间下根部基因的应答反应。【方法】利用基因芯片技术，分析盐胁迫下耐盐小麦RH8706－49的小麦根部基因的表达情况。【结果】获得了61 215个小麦基因的差异表达图谱。在不同盐胁迫时间下大量根部基因的表达发生很大变化，即有盐诱导表达的基因，也有盐抑制表达的基因，同时对杂交数据进行多种聚类分析，并对基因表达差异的原因进行了初步分析。【结论】小麦耐盐机理非常复杂，是大量基因协调表达的结果，其中盐诱导表达基因的作用非常重要。