特发性肺纤维化肺内相关共病异病同证基因组生物信息学分析

目的通过基因组生物信息学分析探讨特发性肺纤维化(IPF)肺内相关共病(肺动脉高压、阻塞性睡眠呼吸暂停综合征、慢性阻塞性肺疾病、肺癌)异病同证生物学基础。方法下载GSE110147、GSE113439、GSE135917、GSE106986和GSE118370数据集,筛选各病例组与对照组的差异基因,运用Cytoscape3.10.0软件进行拓扑分析以筛选核心基因,运用OmicShare平台对核心基因进行GO和KEGG通路富集分析。结果共筛选出IPF肺内相关共病核心基因23个。GO富集分析显示,核心基因生物过程主要富集于细胞进程、代谢进程、生物调控/生物进程调控、发育进程、底物定位进程、刺激反应、免疫系统进程、信号转导,细胞组分主要富集于细胞解剖实体、含蛋白复合物,分子功能主要富集于结合途径、酶催化活性、结构分子活性、分子适配器活性、分子功能调节因子、转录调控因子活性;KEGG通路富集分析显示,核心基因主要富集于真核生物核糖体的生物合成、糖尿病并发症AGE-RAGE信号通路、Th17细胞分化、JAK-STAT信号通路、RNA聚合酶、中性粒细胞胞外诱捕网形成等信号通路。结论运用基因组生物信息学分析探讨IPF肺内相关共病核心基因及信号通路,可在一定程度上揭示IPF肺内相关共病异病同证作用机制。

病原宏基因组高通量测序生物信息学分析质量评价的研究现状与思考

病原宏基因组高通量测序(mNGS)技术已成为感染病原学诊断的新工具,由实验操作(湿实验)和生物信息学分析(干实验)两部分组成。干实验由算法和数据库构成,其功能是对湿实验产生的测序数据进行分析处理后输出检测结果。干实验的性能受到测序数据中复杂多变的干扰因素的影响,包括临床样本中大量的人源核酸、试剂与耗材携带的微生物核酸、采样与湿实验引入的环境微生物核酸、数据库中基因组质量不均一或不同物种基因组之间的相似性过高导致的错误比对与注释,以及算法与参数差异对分类鉴定的影响等。上述干扰因素可能来自mNGS检测各个环节,不仅可能导致干实验输出错误的物种鉴定和微生物检测结果,也给干实验的质量控制与评价带来较大挑战。本文综述了mNGS干实验质量控制的关键问题以及关于质量评价方法的思考。

黄牛源产气荚膜梭菌分离株基因组的生物信息学分析

本研究自猝死海南黄牛的组织器官中分离到2株A型产气荚膜梭菌,命名为ZWCP209和ZWCP210。基因组拼接结果显示其基因组大小处于3.4~3.5 Mb之间,tRNA和CDS数量稳定。多位点序列分析(MLST)显示,测序菌株属于同种新ST型。从NCBI数据库中获取27株牛源产气荚膜梭菌的基因组,与测序分离株共同进行生物信息学分析:共检测到13种耐药基因,其中四环素类耐药基因tetA(P)和tetB(P)的携带率最高(79.4%),值得关注的是,本研究中2株海南黄牛分离株均携带了7种以上的耐药基因,其中包括非兽用抗生素噁唑烷酮的耐药基因optrA。泛基因组分析结果显示以上菌株的基因组中共含有7 345个基因,核心基因数量占比22.94%;在核心基因组和plc基因的系统进化分析中,两海南黄牛分离株处于同一分支,并具有相同的毒力因子,具有极高的同源性。本研究为国内首次对海南黄牛产气荚膜梭菌进行全基因组序列测定与生物信息学分析,对牛产气荚膜梭菌病的防治与基因组研究具有参考价值。

酒精性肝炎自噬关键基因的筛选及生物信息学分析

目的筛选酒精性肝炎(AH)的自噬关键基因,探讨AH潜在的生物标志物和治疗靶点。方法采用基因表达综合数据库(GEO)中的2个AH基因芯片和从MSigDB、GeneCards数据库中获得的自噬相关数据集,通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)获取关键基因。对筛选的关键基因进行基因本体(GO)、京都基因和基因组百科全书(KEGG)功能富集分析,蛋白质相互作用(PPI)分析,免疫浸润分析,构建信使RNA(mRNA)-微小RNA(miRNA)网络,进行酒精性肝病不同分期的自噬相关关键基因的表达差异分析,并进一步通过实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)在AH患者和小鼠肝脏组织中验证。结果本研究筛选得到了11个与AH自噬相关的基因(EEF1A2、CFTR、SOX4、TREM2、CTHRC1、HSPB8、TUBB3、PRKAA2、RNASE1、MTCL1、HGF),均为上调基因。在AH患者和小鼠肝脏组织中,SOX4、TREM2、HSPB8、PRKAA2在AH组中的相对表达量均高于对照组。结论SOX4、TREM2、HSPB8、PRKAA2可能是AH潜在的生物标志物和治疗靶点。

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1~10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。

病原体宏基因组测序试剂生物信息学分析及阳性判断值确定的评价方法介绍

随着病原体宏基因组测序试剂在临床的广泛使用,对该类产品性能以及质量控制的要求相应引起重视。本文从质量评价的角度,简述病原体宏基因组测序试剂的生物信息学分析以及阳性判断值确定等研究及质量控制的方法。以期提高产品研发效率,推动行业发展,规范临床应用。

黄杆菌菌株RC2-3基因组生物信息学分析及高效降解岩藻多糖功能基因的挖掘

以从海带中筛选获得的一株具有降解岩藻多糖能力的黄杆菌菌株RC2-3为研究对象,该菌株产的岩藻多糖酶可以高效降解不同来源的岩藻多糖。为进一步探究菌株RC2-3降解岩藻多糖的机制,推动岩藻寡糖的酶法生产,采用Illumina测序技术对菌株RC2-3进行基因组测序、基因功能注释和碳水化合物活性酶注释以及岩藻多糖降解相关基因的生物信息学分析。结果表明,黄杆菌菌株RC2-3基因组全长3414532 bp,共编码2967个基因,GC含量为30.92%。经碳水化合物活性酶数据库注释获得213个基因,与岩藻多糖降解有关的包括7个岩藻糖结合结构域的基因;2个β-D-岩藻糖苷酶(EC 3.2.1.38)基因;2个属于GH141家族的α-L-岩藻糖苷酶(EC 3.2.1.51)基因;12个属于GH29家族的α-1,3/1,4-L-岩藻糖苷酶(EC 3.2.1.111)基因;9个属于GH95家族的α-1,2-L-岩藻糖苷酶(EC 3.2.1.63)基因。此外,通过与已报道的蛋白序列比对发现,岩藻多糖酶基因RC2.3_GM001247编码的蛋白序列与FunA蛋白序列同源性达到70.98%,岩藻多糖酶基因RC2.3_GM001269编码的蛋白序列与P5AfcnA和P19DFcnA蛋白序列同源性达到43.43%。因此,菌株RC2-3在岩藻多糖资源的开发利用领域具有极大潜力。

1株棕熊源多重耐药大肠杆菌噬菌体生物学特性及比较基因组学研究

【目的】探究1株多重耐药大肠杆菌裂解性噬菌体的生物学特性及基因组特征,为多重耐药菌株的科学防控提供参考。【方法】试验以棕熊源大肠杆菌M719-6WT为宿主菌,使用双层平板法从养殖场污水中分离纯化出噬菌体,通过透射电镜观察其形态,利用空斑法测定噬菌体宿主谱,并探究其生物学特性。基于噬菌体全基因组测序数据进行噬菌体生物信息学分析,采用体外、体内抑菌试验评估噬菌体抑菌效果。【结果】通过双层平板法分离并纯化得到1株大肠杆菌噬菌体,命名为pEC-M719-6WT.2,其噬菌斑边缘清晰且透亮。结合透射电镜观察和全基因组分析结果显示,噬菌体pEC-M719-6WT.2属于Tevenvirinae亚科肌尾状噬菌体。宿主谱测定结果表明,噬菌体pEC-M719-6WT.2可裂解11株大肠杆菌。该噬菌体最佳感染复数(MOI)为0.1,最适温度为25℃,最适pH为7.0,潜伏期<10 min,裂解周期为70 min,裂解量约为190 PFU/cell。基因组分析结果显示,噬菌体pEC-M719-6WT.2基因组大小为170.441 kb,未发现携带已知的耐药、溶原和毒力相关基因。受体结合试验结果显示,噬菌体pEC-M719-6WT.2可以结合宿主菌表面的脂多糖受体。体外抑菌试验结果显示,当MOI为100时,噬菌体pEC-M719-6WT.2与8μg/mL四环素联合应用,抑菌时间可延长至24 h;体内保护试验结果表明,2.8×10^(5) CFU/mL M719-6WT感染大蜡螟幼虫后,注射2×10^(7) PFU/mL噬菌体pEC-M719-6WT.2可在24和48 h内将大蜡螟幼虫存活率分别提高至100%和70%。【结论】本研究分离获得1株多重耐药大肠杆菌噬菌体,其具有良好的环境稳定性和抑菌活性,生物信息学特征明确,体内外抑菌效果较好,与抗生素联合使用可产生协同作用,具有治疗临床耐药大肠杆菌感染的潜在应用价值。

西瓜YABBY基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

以西瓜YABBY基因家族为研究对象,利用TBtools、MEGA、ITOL等软件对西瓜YABBY基因家族进行全基因组鉴定与生物信息学分析,包括对西瓜YABBY基因家族的全基因鉴定、染色体定位、基因结构分析、蛋白保守基序分析、系统进化树分析、启动子顺式作用元件分析和共线性分析,以期能够为西瓜YABBY基因的功能研究与分子机制提供参考依据。结果表明:西瓜YABBY基因家族共9个成员,分布于7条染色体上。西瓜YABBY基因编码蛋白质组成的氨基酸数量范围为169~242 aa,蛋白质分子量变化范围为19.07~26.91 kDa,蛋白质理论等电点PI的范围为7.53~9.69。西瓜YABBY基因家族分为3个类群,同一类群具有相同的外显子-内含子排列方式,且具有相似的蛋白保守基序排列。西瓜、拟南芥、水稻、番茄的YABBY基因家族被分为5个亚族,每个亚族均有西瓜YABBY基因成员分布。西瓜YABBY基因启动子区域含有激素应答、光响应、胁迫应答、转录因子结合位点等相关的多种顺式作用元件。西瓜YABBY基因家族共有3对基因存在串联重复和片段复制。

一株猪源德尔卑沙门氏菌的分离鉴定、生物学特性以及全基因组序列分析

沙门氏菌作为人畜共患的致病菌,更是极易产生耐药性,严重影响了人类与动物的健康。为了更好的了解动物源性沙门氏菌的生物学和分子特性。对安徽凤阳县某市场猪肉样本进行细菌分离纯化、血清型鉴定、药敏实验和毒力基因检测,同时通过全基因组测序结果进行毒力、耐药基因注释等分子生物学信息分析,并通过qPCR对毒力基因进行验证。分离鉴定出1株德尔卑沙门氏菌,分子分型为ST1498型,将其命名为G-1B,该菌株对环丙沙星、卡那霉素和复方新诺明敏感。全基因组长度为4 805 494 bp,预测出4 660个基因,其中包含559个毒力基因与37个耐药基因。该研究为了解猪源德尔卑沙门氏菌的遗传背景和生物学特性奠定了基础,为进一步探讨德尔卑沙门氏菌致病性、耐药机制和分子进化规律提供参考依据。

西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

为了探究西瓜NAS基因家族的生物学功能,基于西瓜全基因组组装注释数据,利用HMMER、MEGA、TBtools等工具对西瓜NAS家族进行生物信息学的鉴定和分析,包括染色体定位、蛋白质结构、蛋白保守基序、系统进化树、启动子顺式作用元件和共线性分析。结果表明:在西瓜全基因组中共鉴定出4个ClaNAS基因,分布于2号染色体、3号染色体、6号染色体上;编码的氨基酸数量变化范围为277~356aa、分子量为30.68~39.88kDa、等电点为4.71~7.46;4个claNAS成员编码蛋白质的二级结构组成一致,三级结构差异明显;拟南芥、水稻、甜瓜、番茄和西瓜5个物种的NAS基因家族被分为3个亚族,其中葫芦科植物被单独聚为一类;西瓜NAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答、转录因子结合位点等多种顺式作用元件;西瓜基因组内未发现NAS基因的串联重复和片段复制,但西瓜NAS基因与拟南芥、番茄的NAS基因间分别存在2个共线性基因对。西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析为进一步研究西瓜NAS基因的功能和分子机制提供了依据。

探究宏基因组生物信息学分析方法

随着对宏基因组学技术研究的不断深入及生物信息学分析方法的不断发展,就容易借助宏基因组生物信息学分析方法,深化细菌和真菌基因组DNA研究工作,了解细菌和真菌基因组与人、自然之间的关系,从而更好地促进人与自然健康发展。本文主要对宏基因组、生物信息学的概念进行了介绍,同时重点研究了人体肠道宏基因组生物信息分析方法,环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学分析方法,旨在为宏基因组生物信息学分析方法的科学应用提供指导。

哈茨木霉基因组中NRPS基因多样性的生物信息学分析

为了解哈茨木霉中非核糖体肽的生物合成,本文通过本地BLAST、结构域分析结合抗生素和次生代谢产物分析软件(antiSMASH)、天然产物结构域查找软件(NaPDoS)等次生代谢产物生物合成基因分析工具对哈茨木霉基因组中的非核糖体肽合成酶NRPS基因进行分析,通过本地BLAST获得42个可能具有NRPS基因的重叠群(contig),开放阅读框及结构域分析显示具A-T-C(A为腺苷酰化结构域、T为肽酰基载体蛋白结构域,又称为PCP结构域、C为缩合结构域)3个结构域的蛋白序列有21条;antiSMASH分析结果显示其基因组中合成NRPs的基因簇有10个;NaPDoS和聚类分析结果表明哈茨木霉中的NRPS基因催化合成的NRPs包括铁载体类、毒素类、抗生素类及一些未知化合物。

OBE理念下基因组学与生物信息学分析技术教学改革探索

基因组学与生物信息学分析技术是一门多学科交叉的工具类课程,致力于培养学生获取、分析和利用生物信息数据的能力。文章将成果导向型教学(OBE)理念应用在基础医学专业基因组学与生物信息学分析技术课程教学改革中,在OBE理念指导下进行了课程的重新设计和实施,并对教学改革的实施效果进行了调研。

山羊内源性鼻内肿瘤病毒enENTV-FJ1株全基因组测序及生物信息学分析

为了丰富山羊内源性鼻内肿瘤病毒(enENTV)全基因组序列资源,本研究从1份患羊地方性鼻内肿瘤(ENT)病羊的肾脏中经PCR扩增了1株enENTV全基因组序列,命名为enENTV-FJ1,分别对其全基因组、5’端长末端重复序列(5’LTR)基因、gag基因、env基因及其编码的氨基酸序列进行同源性分析并构建系统进化树,对enENTV的5’LTR进行酶切位点分析,并分析该株病毒的gag、env序列与enENTV、山羊地方性鼻内肿瘤病毒(ENTV-2)、绵羊鼻内肿瘤病毒1型(ENTV-1)等相关病毒参考株相应序列的差异性。结果显示,enENTV-FJ1基因组结构为LTR-gag-pro-pol-env-LTR,长度为7923 bp;全基因组同源性分析结果显示,enENTV-FJ1株与enENTVCHN1~enENTV-CHN66个参考株的同源性为95.7%~97.3%,同源性最近;与ENTV-2参考株的同源性为87.0%~93.2%;enENTV-FJ1的5’LTR基因序列、gag基因及其编码的氨基酸序列与enENTV参考株相应序列的同源性分别为92.8%~99.1%、92.6%~97.5%、92.2%~97.7%;enENTV-FJ1 env基因及其编码的氨基酸序列与内源性绵羊肺腺瘤病毒(enJSRV)参考株相应序列的同源性分别为93.3%~93.8%、94.3%~94.8%。全基因组进化树结果显示,enENTV-FJ1与enENTV-CHN1~enENTV-CHN6处于同一个进化分支;5’LTR进化树结果显示,enENTV-FJ1株与enENTV-CHN2处于同一进化分支;gag基因进化树结果显示enENTV-FJ1与ENTV-CHN9处于一个小的进化分支,与enENTV-CHN6同处于一个较大的进化分支;env基因进化树结果显示,enENTV-FJ1株与ENTV-2/Spain株处于同一进化分支;所有enENTV的5’LTR区均无ENTV-2参考株所含有的Hpy188Ⅰ、NlaⅣ、MowⅠ这3个酶切位点。gag基因序列分析结果显示,与enJSRV、外源ENTV-2、ENTV-1及绵羊肺腺瘤病毒(JSRV)的gag基因相比,enENTV-FJ1株在697 bp^705 bp有9个核苷酸的插入,该基因编码的氨基酸在aa229~aa232处插入3个脯氨酸。env基因编码的氨基酸结果显示,enENTV-FJ1株与ENTV-2株在aa1~aa7处插入了7个氨基酸(MFVFFRR)。与外源性病毒相比,enENTV-FJ1株在跨膜蛋白(TM)胞质尾区无YXXM基序。上述结果表明,enENTV-FJ1与enENTV属于同种病毒,其5’LTR、gag基因、env基因与来自山羊的ENTV-2病毒株亲缘关系更近;其全基因组序列与外源性ENTV和JSRV的差别主要在5’LTR区、gag基因和env基因。本研究明确了enENTV-FJ1株全基因组序列,为鉴定内外源鼻内肿瘤病毒(ENTV)以及研究ENTV-2的致瘤机制奠定了基础。

核基质附着区广泛参与基因组三维结构折叠的生物信息学分析

在细胞分裂间期,每条染色质都占据着特定的染色质领域(chromosome territory,CT)。每个CT领域内进一步分成不同的拓扑学相关区域(topological associated domain,TAD),每个TAD又由若干子TAD(sub-TAD)构成。不同的TAD相互聚集,形成基因活跃表达和不表达的A、B两种组份或区室(compartment)。然而,目前对于染色质折叠方式及维持机制的研究尚无定论。核基质附着区(matrix attachment regions,MARs)是在不同物种基因组中广泛存在的一类富含AT序列的与核基质结合的DNA元件,能够通过与CTCF、SATB1等调控蛋白质相互作用,对远距离的基因表达进行调控。本研究以染色质三维结构为背景,通过整合染色质三维结构及组蛋白修饰等组学数据,对MARs元件与染色质三维结构的关系进行研究,对MARs元件参与形成的相互作用网络的结构及功能进行探索。结果发现,MARs元件与染色质三维结构高度相关,而且在高强度相互作用中占据较大的比例,提示MARs元件在染色质折叠方面发挥作用。此外,通过拓扑结构聚类分析还首次揭示,MARs元件分为不同类型,包括维持染色质领域及空间构象等的结构单元部分,以及调控基因表达等的功能单元部分。这表明,MARs元件在基因组三维高级结构的建立、维持以及功能等方面发挥重要作用。

基于TCGA数据分析TRIM45基因在乳腺癌中的表达特征及生物学功能

目的基于GDC TCGA Breast Cancer(BRCA)的数据,评估TRIM45(Tripartite Motif Family 45)在乳腺癌中的表达、预后价值及其与临床病理的相关性,揭示TRIM45在乳腺癌中的生物学功能及可能的作用机制。方法采用R软件对GDC TCGA Breast Cancer(BRCA)数据进行生信分析,研究TRIM45在乳腺癌中的表达及其与临床病理的关系。采用Kaplan-Meier法评估TRIM45对乳腺癌预后的影响。应用KEGG基因集进行GSEA(Gene Set Enrichment Analysis)基因富集分析,采用Spearman相关性分析筛选TRIM45相关作用基因。结果TRIM45在乳腺癌临床样本中的表达高于癌旁组织(P<0.001);Kaplan-Meier生存分析显示TRIM45高表达患者的总生存期高于TRIM45低表达者(P<0.05);TRIM45在乳腺癌中的表达与T分期、TNM分期、分子分型及病理类型相关联(P<0.05);GSEA富集分析结果显示TRIM45在KEGG_PATHWAYS_IN_CANCER信号通路中发挥重要的生物学作用,Spearman相关性分析筛选出TRIM45与STK36、IKBKB、GLI3具有正相关关系(P<0.001),与HIF1A具有负相关关系(P<0.001)。结论TRIM45在乳腺癌中的表达与T分期、TNM分期、分子分型及病理类型相关联;TRIM45可能通过调控STK36、IKBKB、GLI3和HIF1A在乳腺癌发生发展中发挥重要作用。

基于土壤宏基因组的新颖木聚糖酶基因克隆及生物信息学分析

土壤微生物总DNA经试剂盒提取,使用CODEHOP引物进行木聚糖酶基因编码区核心序列进行扩增,根据所扩增序列设计hiTAIL-PCR特异性引物,最终克隆了1个编码区长度为1284 bp的新颖木聚糖酶基因。生物信息学分析表明,该基因编码蛋白质氨基酸序列长度为427 aa,分子量为47398.91 Da,理论等电点(pI)为8.99,是一个不含跨膜区域的亲水性蛋白。

基于生物信息学筛查CLEC3B蛋白及其在脓毒症诊断中的作用

目的:研究正常人与脓毒症患者血清差异表达蛋白中C-型凝集素域家族3成员B(CLEC3B)蛋白,探讨目标CLEC3B蛋白作为脓毒症分子标志物的可能性。方法:收集10名健康志愿者(健康组)和18例脓毒症患者(脓毒症组)外周血,利用数据独立采集法对外周血清蛋白数据进行采集,数据上传至i DEP在线平台分析脓毒症患者外周血中差异表达蛋白。并对这些差异蛋白进行生物信息学分析,筛选出脓毒症关键蛋白。酶联免疫吸附法(ELISA)验证并绘制关键蛋白受试者工作特征(ROC)曲线。结果:蛋白质组学分析筛选出138个差异表达蛋白(DEPs),其中34个蛋白显著下调,104个蛋白显著上调。DEPs主要富集在细胞过程、生物调节、生物过程调节、参与绑定、催化活化、分子功能监管、免疫系统、信号转导等。DEPs构建蛋白-蛋白相互作用网络(PPI)筛选出感兴趣的关键蛋白CLEC3B。ELISA实验表明脓毒症组患者CLEC3B蛋白浓度(297.73±22.00)ng/ml显著低于健康组(452.42±191.72)ng/ml,差异具有统计学意义(t=13.13,P=0.000)。CLEC3B蛋白的ROC曲线下面积为0.998,灵敏度为97.73%,特异度为100.0%。结论:CLEC3B蛋白在脓毒症组中显著降低,其灵敏度高,特异度高,可以作为脓毒症潜在的生物学诊断标志物。临床试验注册号中国临床试验注册中心,ChiCTR1900021261。

赤拟谷盗基因组中microRNA的生物信息学预测与进化分析

本文通过计算机编程技术以及预测miRNA的RNAfold和Triplet-SVM软件在赤拟谷盗基因组中预测了43个miRNA。进一步对预测的miRNA进行长度统计以及保守性分析。