基于单细胞RNA测序数据的基因调控网络推断算法综述

通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序(scRNA-seq)为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基因调控网络推断算法进行介绍,包括3种针对批量RNA测序数据的推断算法和23种针对scRNA-seq数据的推断算法(基于布尔网络的算法2种、基于微分方程的算法3种、基于伪时序基因相关性集成策略的算法5种、基于共表达基因的算法4种、基于细胞特异性的算法3种、基于深度学习的算法6种),详细描述了每类算法的方法原理和算法优缺点,对算法进行综合比较;然后分析了推断算法比较研究的相关成果,并使用scRNA-seq数据简单评估了26种算法的性能;最后探讨当前基因调控网络推断算法面临的机遇与挑战.

胃癌中circRNA相关ceRNA预后调控网络的生成方法

为描述胃癌中circRNA相关的竞争内源性RNA(ceRNA)调控网络,从GEO和TCGA数据库中检索胃癌circRNA,miRNA,mRNA表达谱,识别差异表达的RNA,利用加权基因共表达网络(WGCNA)鉴定关键模块.对关键模块基因做Lasso-Cox回归分析,同时进行生存分析.差异表达分析鉴定了115个circRNA和628个miRNA,WGCNA构建15个circRNA模块和11个mRNA模块.Lasso-Cox分析筛选出4个mRNA.筛选了一系列失调的circRNA,miRNA和mRNA,构建了胃癌中circRNA相关的ceRNA网络.构建的网络有助于加深对circRNA相关调控机制的理解.

基于d3.js的miRNA调控网络图绘制模块的设计

对d3.js类库绘图功能进行研究,设计并实现了miRNA调控网络图绘制模块。模块能够将存储在数据库中的miRNA及其调控的靶基因等相关数据读取出来并形成JSON文件,结合d3.js可视化库,绘制有向的网络图及权重网络图。通过网络图能够在有限空间内更加清晰地展示miRNA及其靶基因之间的关系。

基于t检验和逐步网络搜索的有向基因调控网络推断算法

为了克服基于条件互信息的路径一致算法(PCA-CMI)无法识别调控方向的缺陷,并进一步提高网络推断准确率,提出了一种基于t检验和逐步网络搜索的有向网络推断算法(DNI-T-SRS)。首先,对不同实验条件下的表达数据进行t检验以辨别基因调控的上下游关系,指导路径一致(Path Consensus)算法中条件基因的选取,根据CMI2(Conditional Mutual Inclusive Information)剔除网络中的冗余边,得到了基于t检验的有向调控关系推断算法CMI2NI-T(CMI2-based Network Inference guided by t-Test);然后,建立有向调控关系对应的米氏微分方程模型对数据进行拟合,根据贝叶斯信息准则进行逐步网络搜索以修正网络推断结果。利用CMI2NI-T推断DREAM6挑战中的两个测试网络,所得到的曲线下面积(AUC)分别为0.7679和0.9796,相较于PCA-CMI分别提高了16.23%和11.62%;通过进一步的数据拟合后DNI-T-SRS的推断准确率分别达到了86.67%和100.00%,相较于PCA-CMI分别提高了18.19%和10.52%。实验结果表明,所提DNI-T-SRS算法能够有效剔除间接调控关系并保留直接调控连接,得到精确的基因调控网络推断结果。

细菌sRNA来源、作用机制及调控网络研究进展

通过发酵生产工业产品一直是细菌等微生物的研究热点,但是发酵过程中存在的代谢副产物和环境胁迫等问题,限制了工业菌株的发展。sRNA是细菌中普遍存在的一类调控性非编码RNA,它们与核糖开关、双组分系统、转录因子等其他调控元件共同构成了细菌中的复杂调控网络,在代谢调控和抗胁迫中都发挥着异常重要的作用。文章对细菌中sRNA的来源、作用机制以及在调控网络中的角色进行了详细总结,有助于更好地解析细菌的代谢途径及发酵过程中受到的环境限制,对构建低毒力、高鲁棒性菌株,助力工业产品的发酵生产有重要参考意义。

肺腺癌动态5节点ceRNA调控网络预测及机理分析

目的:构建肺腺癌发生发展过程中的动态五节点ceRNA调控网络,挖掘核心基因,为肺腺癌诊断及预后提供新思路。方法:从TCGA及GEO数据库获得肺腺癌mRNA、lncRNA、miRNA、circRNA、TF表达数据,将患者样本根据临床分期分为癌旁样本、早期样本(stage I期)、晚期样本(stage II、III、IV期),并将癌旁与早期、早期与晚期分别进行差异分析,将两组差异结果取交集,基于ChipBase、HOCOMOCO V11、AnimalTFDB、GTRD、TransmiR、TRRUST、CircBank、Starbase、miR2Disease、miRecords、miRTarBase和TarBase、LncBase、LncLocator数据库获得调控关系对,构建五节点ceRNA调控网络,对网络中的靶基因进行GO富集以及构建PPI网络挖掘核心基因。结果:构建了随分期动态变化的LUAD 5节点ceRNA调控网络,网络中的靶基因主要富集在脂肪酸代谢和突触成熟等生物过程中,最后获得与肺腺癌发生发展有关的8个核心基因NEFL、RBP4、FGA、SLC2A1、ALB、AFP、SLC7A5、DKK1。结论:调控网络中靶基因富集的相关通路以及8个核心基因NEFL、RBP4、FGA、SLC2A1、ALB、AFP、SLC7A5、DKK1为肺腺癌发生发展过程的机制分析、诊断及预后提供新思路。

基于GEO数据库和转录因子调控网络的结核病药物作用靶点筛选及其作用机制

目的基于GEO数据库和转录因子调控网络筛选抗结核病药物及药物作用靶点。方法通过NCBI的GEO数据库,筛选结核病患者和健康者之间差异表达的基因;通过AnimalTFDB 3.0数据库预测差异表达基因中的转录因子,并构建转录因子调控网络;通过调控网络中的关键基因筛选相关miRNA,并筛选关键节点,初步阐明结核病致病的分子机制。结果通过GEO数据库检索,筛选出的差异表达基因为784个;通过AnimalTFDB 3.0数据库筛选出23个转录因子和对应的790个靶基因,构建了转录因子-靶基因的调控网络;通过TargetScanHuman 7.2查询到关键节点对应的miRNA,构建“转录因子-靶基因-miRNA”调控网络,筛选出4个结核病药物靶点(EP300,CREBBP,ELAVL1,HSP90AA1),阐明了其与转录因子和miRNA之间的调控机制。结论通过构建结核“转录因子-靶基因-miRNA”网络,筛选出结核病新的潜在药物作用靶点——EP300、CREBBP、ELAVL1、HSP90AA1;同时发现,EP300、CREBBP、HSP90AA1通过激活转录因子STAT2,导致机体内炎症因子TNF-α水平增高,进而抑制了miR-9-5p的表达;而基因ELAVL1直接抑制miR-9-5p的表达,并且与NOD-like receptor signaling pathay通路密切相关,导致结核病的发生发展。

一个二维基因调控网络的稳定性和分岔分析

基于动力系统理论分析一个二维基因调控网络的稳定性和分岔。首先,给出系统平衡点存在的条件并分析平衡点的稳定性。其次,分析该系统经历余维1的Hopf分岔、Saddle-node分岔以及余维2的Bogdanov-Takens分岔的条件。最后,用余维1、余维2分岔图和相图验证了理论结果的正确性。

外泌体调控网络与卵巢癌侵袭和转移关系的研究进展

卵巢癌是死亡率最高的妇科恶性肿瘤,侵袭性和转移性是其预后不良的主要原因之一,大多数患者确认时已处于晚期。肿瘤细胞的持续生长、扩散和迁移依赖于组织环境中细胞与细胞间的交流,而外泌体内含多种介导肿瘤细胞与组织环境交流的物质。近年发现,外泌体调控网络与诱导上皮-间充质转化、细胞增殖和迁移、血管生成及重塑、免疫抑制和逃离免疫监视等参与卵巢癌侵袭及转移的过程密切相关。未来可对参与上述过程的机制进行深入研究,以期为卵巢癌的早期诊断、有效治疗、预后改善提供新思路。

基于microRNA共调控网络的植物多酚调节机体活性研究进展

植物多酚是人类膳食中含量最丰富的抗氧化剂之一,它们通过与细胞信号级联反应相互作用、调节转录因子的活性,从而参与机体活性的调控。此外,多酚已被证明可以影响microRNA(miRNA)的表达。miRNA能参与大多数的细胞分化和稳态过程,在许多病理中发挥着重要作用。近年来,网络生物学的发展促进了人们对miRNA控制的相互交织调控网络的理解。作者综述了共表达miRNA在信号网络中的特征和作用模式,以及miRNA与转录因子之间复杂且有序的关系;总结了单一和多个miRNA介导植物多酚参与调节机体心血管疾病、糖尿病、炎症和癌症的作用机制,有助于更全面、准确地揭示植物多酚等食品营养与健康因子调控生理功能的实际情况。

基于circRNA调控网络探讨ITGB1诱导胃癌耐药的作用机制

目的基于circ RNA-mi RNA-ITGB1调控网络探讨ITGB1诱导胃癌耐药的作用机制。方法收集21例胃癌患者的肿瘤组织样本,应用实时荧光定量PCR检测ITGB1基因的表达水平,采用circ RNA测序比较ITGB1高表达和低表达患者间的差异circ RNA。将si-circ_0027189、si-miR-455和si-NC分别转染至BGC-823细胞,分为si-circ_0027189组、si-miR-455组和si-NC组。检测各组细胞circ_0027189、miR-455和ITGB1表达水平以及对奥沙利铂的敏感性。结果circRNA调控网络显示,circ_0027189通过miR-455调控ITGB1表达。与si-NC组比较,si-circ_0027189组细胞circ_0027189和ITGB1表达水平降低,miR-455表达水平升高,对奥沙利铂的敏感性降低。与si-NC组比较,si-miR-455组细胞miR-455表达水平降低,ITGB1表达水平升高,对奥沙利铂的敏感性增加。结论circ_0027189通过靶向抑制miR-455表达,提高ITGB1表达水平,最终增加胃癌细胞的耐药性。

基于miRNA-gene调控网络的miRNA重要性评估

MicroRNAs(miRNAs)是一类非编码短序列RNAs分子,它能够与靶基因特异性结合,进而影响靶基因对应的蛋白质产量。单个miRNA可能调节多个基因的表达,同时,单个基因的表达也可能被多个miRNAs所调控。已有研究表明,miRNA可以作为潜在的肿瘤标志物用于癌症的早期诊断和治疗。评价不同miRNAs的重要性对于探究miRNA在各种疾病中的作用具有重要的意义。因此,文章基于miRNA与基因之间的调控网络,提出了一种miRNA重要性评价指标。通过对该指标对miRNAs进行打分排序,排名靠前的miRNAs与疾病相关可能性越大,GO富集分析结果表明,排名靠前的miRNAs具有重要的生物学功能。基于排名靠前的100个miRNAs表达特征,训练SVM分类模型对各种癌症进行分类,实验证明其平均精度达到90%以上。总之,文章提出的miRNA重要性指标对于疾病相关miRNAs的识别以及应用具有重要的指导意义。

基于加权基因共表达网络分析探索射血分数保留的心力衰竭中微RNA功能模块和分子调控网络

目的通过生物信息学方法探索射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)潜在的生物标志物和治疗靶点。方法使用NCBI-GEO数据库检索获得GSE53437高通量测序数据进行分析。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)获取与HFpEF密切相关的基因模块和核心微RNA(miRNA),利用miRNet数据库预测核心miRNA的靶向mRNA。应用R语言“clusterProfiler”程序包对靶基因进行KEGG通路和基因本体论(GO)富集分析。最后采用STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络和miRNA-mRNA基因网络。结果在基因模块与疾病相关性分析中,棕色模块与HFpEF的相关系数(r)绝对值为0.37,P值为3e-4,具有最高的正相关性。各基因模块的基因显著性(GS)分布显示,棕色模块具有最高的GS值。模块内分析显示,棕色模块的模块相关性(MM)与GS之间密切相关(r=0.61,P值为7e-52)。以MM>0.85且GS>0.40为条件,共筛选出17个与HFpEF高度相关的核心miRNA。应用miRNet数据库预测到1578个靶向mRNA。GO注释分析结果显示,该组基因参与的生物学过程包括造血调控、T细胞激活和细胞组分大小调控等,涉及的细胞成分包括转录调控复合物、运输囊泡、早期内体等的构成,分子功能主要富集在DNA结合转录抑制因子活性/RNA聚合酶Ⅱ特异性、泛素蛋白连接酶结合和生长因子活性等方面。KEGG通路分析结果显示,该组基因主要富集于Hippo信号通路、ErbB信号通路、TNF-α信号通路、Ras信号通路等。miRNA-mRNA基因网络分析显示,miRNA-3188与UBA52、HDAC2、PSMF1和SUFU相互作用,miRNA-3909与HDAC2、PSMF1、SUFU和RELA相互作用,miRNA-762与PSMF1、SUFU和RELA相互作用,miRNA548b-3p与UBA52、HDAC2和PSMF1相互作用,miRNA-3198与UBA52、PSMF1、SUFU和RELA相互作用。结论本研究可能有助于阐释HFpEF的分子机制,为识别HFpEF的生物标志物及潜在治疗靶点奠定新的理论依据。

基于生物信息学方法筛选脑动脉瘤中免疫浸润相关基因并构建miRNA-mRNA调控网络

脑动脉瘤仍然是最具破坏性的神经系统疾病之一。然而,脑动脉瘤形成和发展的病理生理学机制仍不清楚。本研究的目的是确定脑动脉瘤中的关键microRNA(miRNA/miR)和核心基因,有助于阐明脑动脉瘤发生的机制。方法 在本研究中,通过利用基因表达总库整合mRNA的公开基因表达数据,并结合生物信息学预测,共鉴定出2211个差异表达的mRNA,通过免疫浸润分析、WGCNA分析以及PPI网络提取核心基因,最终筛选出了与免疫细胞浸润显著相关的前10个核心基因。这些靶基因的生物学功能和途径被证实为与脑动脉瘤相关。收集2021年09月至2022年9月牡丹江医学院附属红旗医院神经外二科进行开颅动脉瘤夹闭的患者样本以及4例对照组织进行miRNA测序分析,并进行差异分析,鉴定了52个差异表达的miRNA。通过miRWalk数据库预测了调控这些核心基因的miRNA,发现许多miRNA-靶基因对的表达水平呈负相关,它们被用来构建脑动脉瘤中miRNA-靶基因的调控网络。统计学分析均由R软件4.0.2版本进行完成,对于两组间计量资料的比较,若数据为正态分布,则使用t检验;若数据不服从正态分布,则使用秩和检验;相关性分析采用Spearman法进行。P<0.05表示有统计学意义。结果 本研究成功构建脑动脉瘤中miRNA-靶基因的调控网络,在这个网络中,发现了一些可能在脑动脉瘤中起关键作用的miRNA和基因,如hsa-miR-675-3p和hsa-miR-363-5p等17个miRNA,以及7个核心基因包括INSR、NOTCH3、CACNB1、NTRK2、TRDN、KCND3和TAC1。结论 本研究中的综合分析通过构造miRNA-靶基因的调控网络可能有助于理解脑动脉瘤的潜在分子机制和寻找新的治疗靶点。

意大利蜜蜂幼虫肠道发育过程中的差异表达microRNA及其调控网络

【目的】微小RNA(microRNA,miRNA)是一类在转录后水平对mRNA进行负调控的关键调控因子。本研究旨在通过分析意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)幼虫肠道发育过程中差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其调控网络,提供miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示DEmiRNA在幼虫肠道发育中的作用。【方法】利用small RNA-seq(sRNA-seq)技术对意蜂4、5和6日龄幼虫肠道样品(Am4、Am5和Am6)进行测序,将质控后的数据与西方蜜蜂(Apis mellifera)参考基因组进行比对,然后将比对上的序列标签(tags)注释到miRBase数据库,并利用TPM(tags per million)算法归一化处理所得miRNA的表达量,再通过相关生物信息学软件对miRNA进行表达量聚类、前体二级结构预测及差异表达分析。利用TargetFinder软件预测DEmiRNA的靶基因,使用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库注释,进而通过Cytoscape软件构建mi RNA-m RNA的调控网络。采用茎环实时荧光定量PCR(Stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】意蜂幼虫肠道样品的测序分别得到10 841 644、12 037 678和9 230 496条有效序列标签;Am4 vs Am5比较组包含16个上调和10个下调mi RNA,Am5 vs Am6比较组包含5个上调和7个下调mi RNA。其中,novel-m0031-3p为两个比较组所共有,并结合5个与蜕皮激素诱导蛋白相关的靶基因;二者的特有DEmi RNA数分别为25和11个。Am4 vs Am5的26个DEmi RNA结合5 742个靶基因,其中2 725个靶基因可注释到GO数据库中的46个GO term,并主要富集在结合、细胞进程、代谢进程和单组织进程等;Am5 vs Am6的12个DEmi RNA结合3 733个靶基因,且其中2 725个靶基因富集在结合、细胞进程、单组织进程和代谢进程等41个GO term;此外,两个比较组中的DEmi RNA分别有1 046和676个靶基因可注释到116和92条KEGG代谢通路,且Am4 vs Am5比较组的DEmi RNA的靶基因富集在Wnt信号通路、Hippo信号通路、嘌呤代谢和内吞作用等通路上的数量均高于Am5 vs Am6比较组。进一步分析结果显示Am4 vs Am5中的上调和下调mi RNA可分别结合611和85个靶基因,其中ame-mi R-6052结合的靶基因数最多,可通过结合5个靶基因,参与对细胞色素P450的调控;mi R-281-x结合49个靶基因,并间接调控组氨酸代谢、TGF-β信号通路以及Hippo信号通路;Am5 vs Am6中的上调和下调mi RNA可分别结合43和431个靶基因,其中mi R-iab-4-x结合靶基因数量最多,并广泛参与调控背腹轴的形成、Hippo信号通路、Wnt信号通路、Fox O信号通路、Notch信号通路以及m TOR信号通路等与生长发育相关的通路。调控网络分析结果表明,DEmi RNA与靶基因间形成较为复杂的调控网络,DEmi RNA居于调控网络的中心位置,而m RNA位于调控网络的外周。最后,通过茎环实时荧光定量PCR对随机选取的3个DEmiRNA进行验证,结果证实了测序数据的可靠性。【结论】在全基因组水平对意蜂幼虫肠道的DEmi RNA及其靶基因进行预测和分析,并对DEmi RNA的调控网络进行构建及分析,发现意蜂幼虫通过调节包括ame-mi R-6052、miR-iab-4-x、mi R-281-x和novel-m0031-3p在内的多个mi RNA的表达水平对肠道生长和发育进行调控,研究结果不仅提供了意蜂肠道发育过程的mi RNA表达谱及差异表达信息,也为阐明意蜂幼虫肠道的发育机理打下基础。

意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中的差异表达环状RNA及其调控网络分析

【目的】环状RNA(circular RNA,circRNA)在可变剪接、转录调控和来源基因的表达调控等方面具有重要功能。本研究旨在探究意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)工蜂中肠发育过程中circRNA的表达谱及其发育过程中的差异表达circRNA(differentially expressed circRNA,DEcircRNA),进而在转录组水平探究DEcircRNA在中肠发育中的作用。【方法】基于前期获得的意蜂7和10日龄工蜂中肠样品(Am7和Am10)的全转录组数据,利用find_circ软件从质控后的数据中预测circRNA。采用RPM算法归一化处理得到circ RNA的表达量。利用DEGseq软件对circ RNA进行差异分析,按照差异倍数(fold change)≥2、P<0.05及错误发现率(false discovery rate,FDR)<0.05条件筛选DEcircRNA。通过BLAST比对GO和KEGG数据库,对DEcircRNA的来源基因进行功能和代谢通路注释。利用TargetFinder软件预测DEcircRNA-miRNA及DEcircRNA-miRNA-mRNA调控网络,通过Cytoscape v.3.2.1软件对调控网络进行可视化。通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】意蜂中肠各样品比对上参考基因组的短序列读段数平均为19 616 356条。Am7与Am10的组内Pearson相关系数均≥0.950。共预测出256个DEcircRNA,包括105个上调circRNA和151个下调circRNA。Novel_circ_009675和novel_circ_013879分别在Am7和Am10中高量表达。DEcircRNA的来源基因可注释到包括结合、单组织进程及细胞进程在内的32个GO条目,其中分别有35、35和7个来源基因注释到催化活性、代谢进程和应激反应。上述来源基因还可注释到35条KEGG代谢通路,其中分别有5、5和4个来源基因注释到Hippo信号通路、内吞作用和吞噬体;进一步分析发现分别有1、2和2个来源基因注释到磷酸肌醇代谢、淀粉和蔗糖代谢和半乳糖代谢等物质代谢通路,5、4、3、1和1个来源基因注释到内吞作用、吞噬体、溶酶体、泛素介导的蛋白水解和MAPK信号通路等免疫通路。上述结果表明相应的DEcircRNA广泛参与意蜂工蜂中肠的生长发育、新陈代谢和免疫防御。DEcircRNA-miRNA调控网络分析结果显示,141个DEcirc RNA可靶向结合107个mi RNA,其中多数仅能结合1—2个mi RNA,但novel_circ_011577和novel_circ_010719结合的靶miRNA数可达32和28个;此外,mir-136-y、ame-miR-6001-3p及mir-136-y结合的circRNA数最多,分别为15、14和14个,表明相应的DEcircRNA可作为竞争性内源RNA在意蜂中肠发育过程发挥作用。进一步构建DEcircRNAs-ame-miR-6001-3p-mRNA调控网络,分析结果显示14个DEcircRNA可共同靶向结合ame-miR-6001-3p,表明它们可能通过调控ame-miR-6001-3p对意蜂中肠干细胞的分裂和分化进行间接调控。随机选取6个DEcircRNA进行RT-qPCR验证,结果显示5个DEcircRNA的表达量变化趋势与测序结果一致,证实了本研究测序结果的可靠性。【结论】通过对意蜂工蜂中肠发育过程中的DEcircRNA深入分析,提供了circRNA在意蜂工蜂中肠发育过程中的表达谱和差异表达信息,揭示了DEcircRNA在中肠发育过程中的作用,为中肠发育相关的关键circRNA的筛选和功能研究打下了基础。

产品基因调控网络模型及其对设计过程的辅助

基于图论建立一种描述该映射关系的模型,借用基因调控网络的部分概念,以设计要素为节点、以要素间的相关关系为边,建立产品的基因调控网络模型并绘制其基因调控网络图。通过基因调控网络图对产品中的众多设计要素进行分类,并识别其节点类型与节点集团,作为析出知识供设计师规划设计活动。基于交互式遗传算法开发了产品方案优化设计原型系统,并利用基因调控网络的知识发现辅助安排优化程序,制订优化搜索策略。基于纯净水瓶的参数化模型对基因调控网络的设计辅助作用进行了验证。

意大利蜜蜂工蜂中肠的环状RNA及其调控网络分析

【目的】环状RNA(circRNA)在可变剪接、转录调控和来源基因的表达调控等方面具有重要功能。本研究旨在分析意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂中肠circRNA的数量、种类、结构特征和作用,并通过构建和分析circRNA的调控网络探索circRNA的调控功能。【方法】在实验室条件下人工饲养意大利蜜蜂工蜂,利用circRNA-seq技术对意大利蜜蜂7和10日龄成年工蜂中肠样品进行深度测序。利用find_circ软件从质控后的数据中预测circRNA。通过BLAST比对GO和KEGG数据库,对circRNA的来源基因进行功能和代谢通路注释。利用TargetFinder软件预测circRNA靶向结合的miRNA及miRNA靶向结合的mRNA,通过Cytoscape v.3.2.1软件对circRNA-miRNA和circRNA-miRNA-mRNA调控网络进行构建及可视化。通过设计背靠背引物和线性扩增引物RT-PCR对预测出的circRNA进行验证。【结果】意大利蜜蜂工蜂中肠样品的测序平均得到136 463 071条clean reads,去除rRNA后各样品的anchor reads均在136 779 122条及以上。共预测出10 833个circRNA,长度主要介于15～1 000 nt;上述circRNA的类型丰富,其中已注释的外显子circRNA数量最多,分布在西方蜜蜂1号染色体的circRNA数量最多,其次为8号染色体。CircRNA的来源基因可注释到包括结合、细胞进程和细胞在内的45个GO条目,以及包括内吞作用、内质网蛋白加工及核糖体在内的121条KEGG代谢通路,表明circRNA在意大利蜜蜂工蜂中肠的生长、发育、新陈代谢和细胞生命活动等生物学过程中发挥重要作用。进一步构建circRNA-miRNA和circRNA-miRNA-mRNA调控网络,分析结果显示部分circRNA可能作为竞争性内源RNA吸附结合microRNA,从而调控基因的表达水平。最后,对随机选择的3个circRNA的RT-PCR结果验证了其真实存在。【结论】本研究对意大利蜜蜂工蜂中肠中的circRNA进行预测、分析及鉴定。研究结果提供了中肠circRNA的数量、种类、结构特征、作用和调控网络的信息,揭示了circRNA可能通过作用于来源基因和作为竞争性内源RNA在意大利蜜蜂工蜂中肠的生长发育和免疫防御中发挥作用,为深入研究circRNA在意大利蜜蜂中肠发育及胁迫响应过程中的功能奠定了基础。

拟南芥在盐胁迫环境下SOS转录调控网络的构建及分析

研究拟南芥在高浓度盐处理环境下的基因调控网络,有助于了解其在盐胁迫环境下保持正常生长的防御机制。针对目前广泛研究的SOS(Salt Overly Sensitive)耐盐机制,文章整合公共数据库中盐胁迫相关的拟南芥基因组表达谱芯片,通过反向工程方法构建了拟南芥在盐胁迫状态下的SOS转录调控网络。所获得的调控网络包含70个盐胁迫相关且高度互作的互作基因,其中27个转录因子为主要调控节点。进而根据SOS核心基因的表达特性,所得调控网络内的不同表达模式得到了鉴别。

意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌侵染前期的差异表达microRNA及其调控网络

【目的】微小RNA(microRNA,miRNA)是一类重要的基因表达调控因子,可影响宿主与病原间的互作过程。蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)是一种特异性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。本研究旨在对意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)幼虫肠道在球囊菌胁迫前期的差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其靶基因进行深入分析,在miRNA组学水平探究意蜂幼虫在球囊菌侵染前期的胁迫应答,并通过构建显著DEmiRNA的调控网络筛选出与宿主应答相关的关键miRNA。【方法】利用small RNA-seq(sRNA-seq)技术对正常及球囊菌侵染的意蜂4日龄幼虫肠道(AmCK和AmT)进行高通量测序,首先对原始数据进行质控和评估,随后将过滤后的数据与西方蜜蜂(Apis mellifera)参考基因组进行比对;将比对上的序列标签(tags)注释到miRBase数据库,得出已知miRNA的表达量;通过TPM(tags per million)算法对各样本中miRNA的表达量进行归一化处理,以|log_2 fold change|≥1且P≤0.05作为标准筛选得到显著DEmiRNA;利用TargetFinder软件预测显著DEmiRNA的靶基因,并对其进行GO和KEGG代谢通路(pathway)富集分析。利用Cytoscape软件对miRNA-mRNA调控网络进行可视化。最后,利用茎环反转录PCR(Stem-loop RT-PCR)和荧光定量PCR(qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】AmCK和AmT样品的测序分别得到13 553 302和10 777 534条原始读段(raw reads),经严格过滤后得到的有效读段(clean reads)数分别为13 186 921和10 480 913条。各样品的生物学重复间的Pearson相关性系数分别在0.9822和0.9508以上。共有10个显著DEmiRNA,包括4个上调miRNA和6个下调miRNA。显著DEmiRNA在AmT的整体表达水平低于AmCK。10个显著DEmiRNA可靶向结合3 788个靶基因,其中上调miRNA的1 240个靶基因可注释到GO数据库中的39个GO条目,主要富集在结合、细胞进程、代谢进程和应激反应等;下调miRNA的749个靶基因可注释到34个GO条目,主要富集在细胞进程、结合、代谢进程和应激反应等。KEGG数据库注释结果显示,上调miRNA和下调miRNA的靶基因分别注释到95和66条代谢通路,富集基因数最多的分别是Wnt信号通路、Hippo信号通路、光传导以及内吞作用、磷脂酰肌醇信号系统、嘌呤代谢。对于上调和下调miRNA,分别有31和52个靶基因注释到内吞作用,15和7个靶基因注释到泛素介导的蛋白水解,11和5个靶基因注释到Jak-STAT信号通路,1和3个靶基因注释到MAPK信号通路。显著DEmiRNA与靶mRNA之间形成复杂的调控网络,7个显著DEmiRNA靶向结合96个与Wnt信号通路相关的mRNA,8个显著DEmiRNA靶向结合55个与内吞作用相关的mRNA。Stem-loop RT-PCR和qPCR结果验证了测序数据的可靠性。【结论】对意蜂幼虫肠道在球囊菌侵染前期的DEmiRNA及其靶基因进行预测和分析,并构建和分析了DEmiRNA-mRNA调控网络,研究结果提供了宿主miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示了DEmiRNA通过调控细胞生命活动、新陈代谢以及部分细胞和体液免疫等生物学过程参与宿主的胁迫应答。miR-4331-y、miR-4968-y、miR-8440-y、novel-m0023-5p和novel-m0025-3p共同参与了宿主的Wnt信号通路和内吞作用的调控,可作为白垩病治疗的潜在分子靶标。