基于转录组测序生物信息学分析的研究进展

随着DNA双螺旋结构的发现,基因组研究开始进行,中心法则也成为了研究生命科学的核心。这对近年来分子生物学及检测技术的迅猛发展提供了良好的开端,随之而来的是基因测序研究成为了生物学上一个新的热点话题。虽然通过转录组测序可以获得海量基因数据,但是数据的深入探索还需要进一步研究,而这些深入的挖掘,需要生物信息学分析手段,从而建立了多组学,通过对其进行不断完善,使得现代生物科学形成了一个完整的系统。这使得生物基因学的研究可以成为一个逐层的分析,将通过整合分析出的信息数据来描述生命活动。因此,功能基因组的研究已经成为了动植物基因组研究的重要方向,特别是对转录组的研究尤为重要。作者通过对转录组学的时代背景、转录组研究的复杂性、DNA测序技术的发展史以及转录组学研究方法进行归纳,简述了转录组学的发展历程,并对转录组研究内容做了一个简单系统的介绍,为更加深入地了解转录组测序奠定了基础。     

基于转录组测序挖掘广西麻鸡生长发育相关基因

【目的】通过对1和60日龄广西麻鸡腿肌进行转录组测序(RNA-Seq),筛选出广西麻鸡生长发育关键基因。【方法】选择1和60日龄健康母鸡各3只,分别采集腿肌组织,利用Illumina Novaseq^TM 6000平台进行mRNA转录组测序,利用DESeq2软件进行差异表达基因的分析,并对差异表达基因进行GO功能和KEGG通路富集分析,进一步筛选出生长发育相关基因,并用实时荧光定量PCR验证转录组测序结果。【结果】转录组测序结果显示,6个样本分别获得34 296 198～41 647 642条clean reads。与1日龄腿肌相比,60日龄腿肌共获得2 304个差异表达基因,其中998个基因上调,1 306个基因下调。GO功能富集分析发现,共获得富集条目572条,其中生物过程381条,细胞组分70条,分子功能121条。KEGG通路富集分析发现,共获得34个显著富集的信号通路,其中心肌收缩、MAPK信号通路、紧密连接、肌动蛋白细胞骨架信号通路、心肌细胞中的肾上腺素能信号传导等与生长发育相关。通过GO功能和KEGG通路富集分析获得5个生长发育相关基因,分别为肌球蛋白重...     

不同杂交组合与营养水平对牛肌肉中MSTN基因表达的影响

以夏洛莱杂交牛（夏杂牛）和利木赞杂交牛（利杂牛）为研究对象,旨在明确营养水平与不同杂交组合对肉牛半腱肌中肌生成抑制素（MSTN）基因表达量的影响及MSTN基因表达量与产肉率的关系。将夏杂牛和利杂牛随机分成3组,分别饲喂以高、中、低3种营养水平的日粮,饲喂10个月后,屠宰采样,利用实时定量荧光PCR技术测定半腱肌中MSTN基因相对表达量,并对半腱肌的产肉率与MSTN mRNA相对表达量作了相关分析。结果表明,低营养和中营养条件下,夏杂牛的半腱肌中MSTN表达量极显著高于利杂牛（P〈0.01）,而高营养条件下,两者差异不显著（P〉0.05）。对于利杂牛,中营养组牛半腱肌中MSTN基因表达量极显著高于低营养组和高营养组（P〈0.01）,而低营养组和高营养组间差异不显著（P〉0.05）。对于夏杂牛,低营养组MSTN基因的表达量显著高于中营养组和高营养组（P〈0.01）,而中营养组MSTN基因的表达量也显著高于高营养组（P〈0.01）,且高营养水平下的2种杂交组合牛半腱肌的产肉率都与MSTN mRNA表达量成强负相关。研究结果表明不同杂交组合和营养水平对牛MSTN基因在半腱肌中的表达均有显著影响,对于2个杂交组合,高营养水平下牛半腱肌MSTN基因的表达量均显著低于低营养水平下的各组试验牛,且高营养条件下,MSTN基因表达量和产肉率之间存在着强负相关。     

转录组测序及其在牧草基因资源发掘中的应用前景

本研究概述了基于新一代高通量测序技术转录组测序的基本原理、实验流程、数据分析和目前的应用现状,并结合抗旱牧草转录组测序研究思路,展望了转录组测序可能对牧草种质资源基因发掘及其在牧草作物种质创新与品种设计育种中产生的影响。     

狍茸顶端组织转录组测序及生物信息学分析

为研究狍茸顶端组织的转录组信息,探讨与狍茸生长相关的基因结构及分子机理。使用Illumina Hiseq^(TM) 2000平台进行高通量测序,利用生物信息学方法进行分析。结果表明：通过测序、Trinity软件组装、比对拼接,获得了36 865个Unigenes,平均长932 nt。经过Nr、Swiss-Prot、KEGG、COG、GO等数据库进行比对,共22 983个Unigenes成功比对上Nr数据库,18 273个Unigenes被注释到GO功能分类中,8 668个Unigenes被归类到COG的25个功能类别中。采用FPKM法筛选与狍茸生长发育相关的高表达基因,其中表达量较高的生长因子有8个,转录因子有5个,细胞外基质有8个。利用高通量转录组测序技术(RNA-seq),成功建立了狍茸顶端组织转录组数据库,可为狍茸的发育分子机理研究提供数据支持。     

海南黑山羊MSTN基因的表达差异与发育性变化研究

采用SYBR Green实时荧光定量PCR技术检测了MSTN基因在2、3、4月龄和12月龄海南黑山羊腿肌、腰肌和背肌组织中mRNA表达发育性变换规律,为揭示MsTN基因的生物学功能及其对肉质的表达调控机理提供参考依据。结果表明,在海南黑山羊的四个生长阶段,MSTN基因均在背肌里的表达量最高,腿肌里的表达量较低,表达模式为：背肌〉腰肌〉腿肌;腿肌和腰肌在2月龄时,表达量较低,3月龄时极显著升高（P〈0．01）,4月龄时又极显著下降（P〈0．01）,12月龄时又极显著升高（P〈0．01）;表达模式为：12月龄〉3月龄〉4月龄〉2月龄;背肌在2月龄时表达量也较低,3月龄时极显著升高（P〈0．01）,达到最高水平,4月龄时又极显著下降（P〈0．01）,12月龄时有所上升,但差异不显著（P〉0．05）,表达模式为：3月龄〉12月龄〉4月龄〉2月龄。     

基于转录组测序鉴定猪肌内脂肪沉积相关生物学通路及候选基因

本研究主要从转录组的角度对猪肌内脂肪(intramuscular fat,IMF)含量可能的沉积机理进行研究,以期找到IMF沉积相关的通路及候选基因。选择IMF含量差异较大的全同胞个体进行双末端链特异性转录组测序,并利用edgeR软件筛选相关基因;应用ClusterProfiler软件对差异基因进行GO功能和KEGG通路富集分析,并对其进行分子模块(MCODE)分析,挖掘IMF相关候选基因。结果显示,共筛选出474个差异表达基因,其中329个显著上调,145个显著下调,富集参与20个生物学过程。结合GO网络分析,共筛选出15个与IMF相关过程,主要有离子跨膜转运的调节、葡萄糖跨膜转运膜电位的调节和脂肪酸代谢过程等。MCODE分析结果发现,差异表达基因PPP1CB、CLCA1、COX4I1、SGK1、PAK6、PC、KRAS、PAK6、MAST1、VWC2、CACNG家族基因(尤其PPP1CB、CLCA1、COX4I1、KRAS及CACNG家族基因)可能是调节IMF的关键基因,可作为IMF候选基因进一步研究。本研究鉴定出了IMF作用新通路,并筛选出IMF相关候选基因,可为IMF的沉积机理研究提供材料,为优质肉品质猪的育种提供参考。     

沙鞭全长转录组测序及生物信息学分析

为了明晰沙鞭(Psammochloa villosa)的转录组特征,本研究利用PacBio Sequel测序平台首次对其进行全长转录组测序和数据分析,结果共获得323 309个clean reads,自我矫正产生环形一致性序列(CCS)673 540个,预测得到蛋白编码区(CDS)序列28 447个;MISA软件共搜索得到沙鞭93 563个简单重复序列(SSR),分布于56 824条unigene上;转录本基因功能注释,共有166 541条序列得到NR注释,结果显示沙鞭与二穗短柄草(Brachypodium distachyon)亲缘最近;KOG数据库比对将97 892个unigene分为25个功能类别,其中注释较多的功能为翻译后修饰、蛋白质周转和分子伴侣;GO数据库比对共注释到87 930个unigene,分为生物过程、细胞组成和分子功能3大类及62个亚类分支;KEGG结果表明碳水化合物代谢、信号转导、能量代谢通路中注释基因较多。本研究结果丰富了沙鞭的遗传信息,为今后沙鞭关键耐旱基因的挖掘提供了理论依据。     

基于单细胞转录组测序技术筛选牛体内囊胚性别特异性基因

【目的】探究牛体内雌性和雄性囊胚在mRNA水平上的特异性差异,挖掘雌性和雄性囊胚发育差异相关候选基因。【方法】参考GenBank中牛牙釉质基因（AMEL）序列（AMELX基因,登录号：NM_001014984.1;AMELY基因,登录号：NM_174240.2）设计引物,以胚胎内细胞DNA为模板,采用巢式PCR扩增技术鉴定单个牛体内囊胚的性别。选用确定性别的单个雌性和雄性囊胚为试验材料,采用Smart-Seq2扩增技术构建单个胚胎测序文库,应用Illumina HiSeq Xten高通量测序平台对单个胚胎进行单细胞转录组测序（scRNA-Seq）,并进行了基因差异表达、GO功能和KEGG通路分析。【结果】通过巢式PCR扩增胚胎内细胞中的AMEL基因,确定了胚胎性别;基因表达分析筛选出两组之间差异表达基因（DEGs）6 160个,其中雌性特异性基因675个,雄性特异性基因305个;GO功能注释发现雌性特异性基因显著注释在核苷酸结合、信号转导调控、多细胞生物发育、细胞骨架等条目,雄性特异性基因显著注释在氧化磷酸化、线粒体、线粒体内膜、核糖体等条目;KEGG通路富集分析发现7条与雌性和雄性囊胚发育差异相关的通路,分别为代谢途径、糖酵解、磷酸戊糖途径、细胞衰老、氧化磷酸化、调节干细胞多能性的信号通路和Wnt信号通路;并利用GO和KEGG结果筛选出5个在牛体内囊胚期胚胎发育过程中具有直接或间接作用的基因：FBP1、GADD45G、FHL2、FOSB和WNT2B。【结论】牛体内雌性和雄性囊胚之间存在广泛的转录差异,性别特异性基因FBP1、GADD45G、FHL2、FOSB和WNT2B可能是直接或间接影响胚胎发育的关键基因。     

新西兰白兔MSTN基因克隆、生物信息学分析及表达谱构建

肌肉生长抑制素（MSTN）是骨骼肌发育的主要调控因子,为获得新西兰白兔MSTN基因序列及其表达规律,试验通过RT-PCR技术从新西兰白兔腿肌组织中扩增并克隆得到MSTN基因序列,利用在线网站对其进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR技术检测MSTN基因在新西兰白兔同一时期不同组织及不同时期腿肌组织中的表达量。结果显示,新西兰白兔MSTN基因CDS区序列长1 128 bp,编码375个氨基酸,其核苷酸序列与GenBank上公布的人、猪、马、小鼠、犬、牛和鸡的核苷酸序列相似性分别为95.9%、94.9%、94.9%、91.7%、91.5%、91.3%及84.2%。新西兰白兔MSTN蛋白属于酸性、亲水性分泌蛋白,且具有不稳定性,不含跨膜结构,含有1个信号肽,主要分布在内质网和线粒体中。MSTN蛋白二级结构和三级结构预测结果一致,以无规则卷曲为主,其次是α-螺旋、延伸链,为混合型蛋白。蛋白质互作关系预测发现,MSTN蛋白与PAX7、MYOG、IGF1、FST、Smad3及Smad2等与肌肉生长发育有关的蛋白之间存在相互作用。不同组织表达分析结果表明,新西兰白兔MSTN基因在心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、腿肌、子宫和胃中均有表达,在腿肌中表达量最高,极显著高于其他组织（P<0.01）,其次是肾脏,在肝脏中的表达量最低。不同时期腿肌组织中的表达量分析结果显示,新西兰白兔MSTN基因在180日龄腿肌组织中的表达量显著高于90和240日龄（P<0.05）。研究结果为深入探讨MSTN基因对家兔肌肉生长发育的调控机制奠定了基础。     

小檗碱对禽源大肠杆菌抑菌作用及耐药消除作用的转录组学分析

为了探究中药对大肠杆菌抗生素耐药性的消除机制,以小檗碱为处理药物,使用小檗碱浓度为250 μg/mL （1/2最小抑菌浓度（MIC））的LB肉汤培养临床分离的禽源耐药大肠杆菌,每隔24 h传一代,共传3代。对第3代菌液以影印法分离突变菌,以微板法测定突变菌的左氧氟沙星MIC。经测定发现突变菌对左氧氟沙星的MIC由16 μg/mL降至8 μg/mL,说明对左氧氟沙星的耐药性具有消除作用。为了解小檗碱作用大肠杆菌的分子机制,通过转录组测序方法对耐药性消除前后禽源大肠杆菌基因表达水平进行对比分析。结果显示,小檗碱作用后共有45个基因的表达量发生显著变化,其中有30个基因表达量上调,15个基因表达量下调。经过GO功能富集分析和KEGG代谢通路富集分析,发现上调主要为：与色氨酸合成有关的基因,磷酸吡哆醛结合相关3个基因,表达转酮酶基因;下调主要为：双组份系统中多个基因,十一异戊二烯焦磷酸磷酸酶（UppP）编码基因ybjG,酰基辅酶A脱氢酶合成有关的基因。推测大肠杆菌体内酶活性降低是小檗碱抑菌的主要机制;大肠杆菌多重耐药外排泵表达降低、细胞膜和细胞壁成分的改变是小檗碱耐药性消除的主要机制。     

干扰lnc23后牛骨骼肌卫星细胞转录组测序的生物信息学分析

试验旨在分析lnc23在调控牛骨骼肌卫星细胞分化过程中转录组水平的变化,筛选出可能参与调节骨骼肌卫星细胞生长的调控通路及相关mRNAs。采用第二代测序技术（next-generation sequencing,NGS）基于Illumia hiSeq测序平台对成功构建的lnc23抑制模型及相应对照组的牛骨骼肌卫星细胞进行转录组测序,将数据整理、过滤及评估后,通过生物信息学方法分析样品间基因转录差异表达,对这些差异基因进行GO和KEGG富集分析,并应用实时荧光定量PCR技术对转录组数据结果进行验证。结果显示,转录组测序共鉴定到19 358个基因,筛选到1 297个差异表达基因,其中上调856个,下调441个。差异基因的GO功能分析共包括细胞组分、分子功能和生物学过程3大类222个分支,其中有大量的差异基因与催化活性、分子功能调节、信号转导、生物黏附、新陈代谢相关。KEGG分析显示,差异基因共涉及190个通路,显著富集在PI3K-Akt、P53、TNF、RIG-Ⅰ样受体、神经活性配体受体互作、细胞因子互作等信号通路上,进一步从中筛选出可能参与细胞生长、肌肉发育过程的差异基因,如CCNA2、RRM2、IL-6、MYL2等。实时荧光定量PCR结果显示,所选的11个差异基因中有9个与转录组测序结果变化一致,表明了测序结果的可靠性。本试验完成了干扰lnc23及其对照后牛骨骼肌卫星细胞的转录组测序分析,获取差异基因的功能注释信息,初步揭示lnc23调控牛骨骼肌卫星细胞分化的潜在基因和通路,为深入探究lnc23调控牛骨骼肌卫星细胞的分化机制打下良好的基础。     

基于高通量测序技术的敖鲁古雅驯鹿鹿茸转录组分析

试验旨在通过高通量测序技术获得驯鹿的遗传信息和鹿茸组织的转录组特征,并进一步挖掘其中与鹿茸经济性状相关的关键基因信息。对驯鹿鹿茸组织提取RNA,检测RNA纯度、完整性及是否有污染,合格后构建文库,文库构建成功需要进行库检,库检合格后使用Illuminanovaseq平台进行转录组测序分析。利用Diamond、HMMER、KAAS、Blast2GO等软件对驯鹿鹿茸转录组序列进行了功能注释、基因丰度分析和其他分析。结果显示,测序获得47 818 202条raw reads,经过滤和质量检查得到了46 964 478条clean reads,组装后得到49 171个Unigenes,表明本次测序获得了高质量的鹿茸转录组。基于序列一致性分析,Unigenes与NR、Swiss-Prot、KOG、KEGG、Pfam、GO数据库比对注释成功总共占89.54%,共44 029条序列。Corset聚类后得到49 171个Unigenes,在这些Unigenes中共找到13 795个SNPs位点和18 446个SSRs位点。GO注释结果显示22 955个Unigenes得到注释,占总注释结果的46.68%。与KEGG数据库进行比对分析,发现49 171个Unigenes可能参与或涉及代谢途径,其中20 258个Unigenes共注释到32个KEGG代谢通路。此外,在转录组结果中发现了一些高丰度的基因,如OPN、TMSB4、TMSB10等,它们的功能可能与驯鹿生茸有关。本试验结果不仅对驯鹿的基因组数据进行了补充,而且还初步揭示了生长期驯鹿鹿茸的基因特征,为驯鹿分子遗传学研究、资源保护与利用及种群资源恢复提供了参考。     

牛多个组织microRNASolexa测序与生物信息学分析

本研究旨在发掘牛更多的microRNA(miRNA)信息及新的miRNA序列,为进一步研究miRNA的生物学功能奠定理论基础.运用高通量测序技术对来自一头西门塔尔公牛和一头荷斯坦母牛的多个组织的小RNA进行混池测序,对测序结果进行了生物信息学分析.随机选取了一条成熟miRNA:bta-miR-2346-5p和两条新预测的miRNAs:novel_miR-48和novel_miR-86,采用茎环RT-PCR进行验证.共鉴定了604条miRNAs,其中429条为牛的已知miRNAs,175条为新预测的miRNAs.通过茎环RT-PCR发现选取的这3条miRNAs在背最长肌、心肌、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、大肠、小肠中均有表达,证明了高通量测序结果的准确性.本试验得到的数据在一定程度上丰富了牛miRNA的数量和种类,为后续牛或其他物种的miRNA相关生物学研究提供了更加详实的信息.     

牦牛皱胃全长转录组测序分析

【目的】获得牦牛(Bos grunniens)皱胃全长转录组数据库,深入挖掘牦牛皱胃功能基因。【方法】采用PacBio Sequel高通量测序系统,使用单分子实时(single molecular real time, SMRT)测序技术对成年牦牛皱胃全长转录组进行测序,对原始数据进行质控和去冗余分析,再比对参考基因组获取过滤后的非重复序列(Unigenes),使用多种生物信息软件对牦牛皱胃全长转录本数据进行功能注释、转录因子注释、编码区预测、简单重复序列(simple sequence repeats, SSR)分析及可变剪接分析。【结果】通过测序共获得14 467 420条子序列,平均子序列长度为3 344.23 bp,质控得到循环一致性序列(CCS)有296 840条,全长非嵌合(FLNC)序列有277 402条,过滤和去冗余后对比参考基因组最终获得8 556条Unigenes。通过与NR、Swiss-Prot、KEGG、KOG、eggNOG、GO和Pfam数据库比对,对Unigenes进行注释,其中NR数据库注释了8 544条Unigenes; Swiss-Prot数据库注释了...     

猪SENP1基因克隆、生物信息学分析与表达研究

试验旨在对猪SUMO特异性蛋白酶1(sentrin-specific protease 1,SENP1)基因CDS区进行克隆和生物信息学分析,并探讨SENP1基因在乙脑病毒(Japanese encephalitis virus,JEV)感染PK15细胞后的表达情况。根据GenBank中公布的猪SENP1基因预测序列(登录号:XM_013997974.2)设计特异性引物,通过RT-PCR和T/A克隆技术对猪SENP1基因CDS区序列进行克隆测序,并进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR分析猪SENP1基因在JEV感染PK15细胞不同时间点(0、12、24、36、48 h)的表达情况。结果显示,猪SENP1基因CDS序列全长2 034 bp,共编码677个氨基酸。序列比对和系统进化树分析结果表明,猪SENP1蛋白序列和山羊、犬、人、牛的相似性分别为94.8%、94.2%、93.9%和93.8%,说明在这些物种中SENP1的保守性较强;猪与犬的SENP1分子亲缘关系较近。生物信息学分析结果显示,猪SENP1蛋白相对分子质量为76 825.76,等电点为8.53,体外半衰期为30 h,不稳定系数为53.59,总平均亲水指数为－0.622。SENP1蛋白不含信号肽序列,无跨膜结构域。二级结构分析结果显示,SENP1蛋白中α-螺旋、无规则卷曲、延伸链和β-转角分别占31.31%、46.68%、16.25%和5.76%。三级结构分析结果显示,猪SENP1蛋白中存在8个α-螺旋区和7个β-转角区。实时荧光定量PCR结果显示,猪SENP1基因在JEV感染的PK15细胞中呈现上调表达趋势,其中在感染后48 h SENP1基因表达量显著高于对照组(P<0.05)。本试验结果为后续深入研究SENP1基因功能提供了参考。     

新疆5个品种羊不同月龄MSTN基因mRNA表达水平及其与生长性状相关性分析

为了探讨不同品种绵羊肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)表达水平及其与生长性状(体重、体高、体长、胸围和管围)的关联性,试验采用实时荧光定量 PCR方法比较阿勒泰羊、吐鲁番黑羊、也木勒白羊、哈萨克羊、巴什拜羊不同月龄(初生及1、2、3、4、5月龄)肌肉和脂肪MSTN mRNA的表达水平,运用SPSS 19.0软件分析与其生长性状的相关性.在肌肉中:初生时,阿勒泰羊、哈萨克羊、巴什拜羊MSTN基因mRNA表达水平均明显低于其他各月龄;也木勒白羊3月龄MSTN基因mRNA水平均显著低于其他各月龄(P<0.05);阿勒泰羊、吐鲁番黑羊MSTN基因mRNA在4月龄表达水平最高;哈萨克羊MSTN基因mRNA初生时表达水平最低,5月龄表达水平最高.在脂肪中:也木勒白羊MSTN基因mRNA表达水平初生时显著低于其他各月龄(P<0.05);阿勒泰羊、也木勒白羊、巴什拜羊MSTN基因mRNA 5月龄表达水平最高,巴什拜羊MSTN基因mRNA 5月龄显著高于其他各月龄(P<0.05);哈萨克羊MSTN基因mRNA 2月龄表达水平最高,显著高于5月龄(P<0.05).相关性分析结果发现,MSTN基因mRNA表达水平与生长性状多呈负相关关系.阿勒泰羊在肌肉和脂肪中MSTN基因mRNA表达水平与其生长性状均呈负相关关系;吐鲁番黑羊MSTN基因mRNA在肌肉中的表达水平与体高、体长呈负相关,其余均呈正相关;也木勒白羊MSTN基因mRNA在肌肉中的表达水平与胸围、管围呈正相关,在脂肪中表达水平与体长呈正相关,其余均呈负相关;哈萨克羊在肌肉和脂肪中除与体长呈正相关外,其余均呈负相关;巴什拜羊在肌肉中MSTN基因mRNA表达水平与体长、管围呈正相关,其余均呈负相关.MSTN基因mRNA在不同月龄不同品种间的表达水平存在差异性,无固定表达模式;且与生长性状多呈负相关关系,与部分体尺性状呈正相关关系.MSTN基因mRNA表达水平可能与生长性状和骨骼生长有直接关系.