代谢工程改造酿酒酵母合成β-胡萝卜素

β-胡萝卜素广泛用于食品、饲料、医药和化妆品等领域,利用微生物细胞合成高附加值的天然β-胡萝卜素,具有重要的研究意义。如何调控代谢途径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。该文利用来源于三孢布拉氏霉Blakeslea trispora的β-胡萝卜素合成酶转化出发菌株酿酒酵母LFD18,酿酒酵母能够从头合成β-胡萝卜素,并在细胞中积累。在研究过程中,平板上发现一株菌落颜色明显较周围菌落更深地突变株命名为ZS19 reddish,经实验验证突变株的β-胡萝卜素产量显著提高。针对上述两种不同颜色菌落,进行转录组分析,主要是发现一些与产物合成有关的基因,通过GO与PATHWAY分析发现与碳代谢和脂质体合成有关的6个上调基因,hxk1、dpp1、lpp1、fdh1、hmg2和gre2表达水平上调。通过定量PCR和单个基因过表达验证,最终通过同时过量表达hxk1、dpp1、lpp1和fdh1基因构建命名为ZS20菌株,β-胡萝卜素摇瓶发酵产量提高到194.3 mg/L,是ZS19 reddish菌株的1.3倍,是出发菌株ZS19的2.1倍,最终ZS20菌株经发酵罐发酵后β-胡萝卜素产量为314.3 mg/L,因此,通过进一步PATHWAY分析构建重组菌或许可以提高β-胡萝卜素的产量。

妊娠期糖尿病患者外周血长链非编码RNA表达谱的差异性分析

目的探讨妊娠期糖尿病(GDM)患者外周血中长链非编码RNA(lncRNAs)的差异表达谱及其功能。方法分别收集2020年7月至2021年12月在宣汉县人民医院妇产科入院治疗的妊娠期糖尿病患者(GDM组)、门诊健康体检孕妇(对照组)外周血标本各3例。使用高通量测序技术筛选获得差异表达的lncRNA,并通过GO富集分析和KEGG Pathway富集分析查明差异表达的lncRNAs靶向调控的m RNA转录本的生物信息学功能。结果与对照组比较,GDM组共筛选出差异表达的lncRNAs 333个,mRNA 2036个,其中上调的lncRNAs 169个,m RNA645个;下调的lncRNAs 164个,m RNA 1391个;GO生物学功能富集分析结果显示:差异表达的lncRNAs靶向调控的mRNA转录本主要富集在转录因子AP-1复合物、蛋白质复合物分解的调控、免疫系统调节、防御反应、细胞解剖实体、大分子代谢过程的调控、氮化合物代谢过程的调控、胞浆、代谢过程调节等;KEGG信号通路富集分析结果显示:差异表达的lncRNAs靶向调控的m RNA转录本参与的信号通路主要包括B细胞受体信号通路、泛素介导的蛋白质水解、破骨细胞分化、内质网中的蛋白质加工、人类T细胞白血病病毒1感染、雌激素信号通路、PD-L1和PD-1在癌症中的表达信号通路等。结论妊娠期糖尿病患者和门诊健康体检孕妇外周血中lncRNAs的表达存在较大差异,而差异表达的lncRNAs靶向调控的基因主要通过B细胞受体信号通路、泛素介导的蛋白质水解、破骨细胞分化、内质网中的蛋白质加工等信号通路参与GDM的发生发展。

金耳菌丝及子实体的转录组差异分析

为探讨金耳菌丝体时期和子实体时期基因表达变化,利用高通量测序技术进行RNA-Seq分析。差异基因分析显示,两个时期共有10992个差异表达基因,其中在子实体时期上调、下调的基因数分别为9988和1004个。GO功能聚类分析显示,差异表达基因主要富集在催化活性、结合、细胞过程、代谢过程、细胞以及细胞组分。KEGG富集分析表明,差异表达基因参与了氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢这三大代谢通路,相关基因也大多在金耳子实体时期上调表达,说明金耳子实体发育时期需要一系列代谢反应及其它协同调控,这些代谢相关基因可能在金耳子实体发育时期起着重要作用。通过分析金耳菌丝体和子实体时期基因表达情况,得到了大量基因数据,旨为进一步研究金耳子实体发育机理和功能基因奠定重要的基础。

miR-199a-3p靶基因预测及生物信息学分析

目的为深入研究miR-199a-3p在膀胱癌形成和发展中的作用提供理论依据。方法分析miR-199a-3p序列,预测其靶基因和转录因子,并对靶基因进行GO富集和KEGG Pathway分析;构建TF-miR-199a-3p-靶基因网络调控图。结果 miR-199a-3p序列在多物种间具有高度保守性;GO分析发现miR-199a-3p的靶基因参与细胞调节、代谢调节、细胞大分子生物合成等生物过程(P<0.01);KEGG Pathway分析发现miR-199a-3p的靶基因显著富集在上皮细胞的细菌入侵通路、ECM受体的相互作用通路、PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路、小细胞肺癌通路、癌症中的蛋白聚糖通路等;根据构建的TF-miR-199a-3p-靶基因网络调控图,挖掘出可能受miR-199a-3p调控的重要基因有MYC、SP1、mTOR、NFκB、NFκB1等。结论 miR-199a-3p可能通过直接靶向作用mTOR,调节PI3K-Akt-mTOR信号通路,从而参与膀胱癌的形成和发展。

金针菇菌丝与原基差异表达基因分析

以金针菇(Flammulina velutipes)1123菌株的单孢W23基因组为参考完成其菌丝和原基转录组测序与数据分析,研究两样本间差异基因,并对差异基因进行GO功能和KEGG Pathway显著性富集分析。结果表明:两个样本中共有显著性差异表达的基因3310个,其中在原基中上调、下调的基因数分别为1686、1624个,只在原基中表达的基因有26个。GO功能分析结果表明,在原基中膜封闭腔、内膜系统、细胞器腔、核糖核蛋白复合体、翻译调节器、发育过程、免疫系统过程、多细胞生物过程这8个GO基本单元中的差异基因全部呈现上调表达。Pathway功能富集分析结果表明,核糖体与DNA复制中的差异基因全部呈现上调表达,糖酵解途径中从D-葡萄糖转化成丙酮酸过程相关的11个差异基因全部呈下调表达,磷酸戊糖途径中相关的13个差异基因中有11个基因呈下调表达。

金针菇单核体DAN3和M与其杂交双核体G1菌丝阶段基因表达差异的转录组初步分析

以金针菇(Flammulinavelutipes)单核菌株DAN3的基因组为参考,完成单核体DAN3和M及其杂交双核体G1在菌丝阶段的转录组测序与数据分析,比较两个样本间的差异基因,并对差异基因进行GO功能分析和KEGG pathway分析。结果表明:两个样本中共有显著性差异表达的基因86个,其中,在G1中呈上调、下调表达的基因数分别为41、45个,有2个基因在G1中特异表达。GO功能分析结果表明,86个差异基因中有40个基因比对上了GO功能注释,其中18个基因在G1中呈上调表达;单一生物过程和催化活性为显著性富集的功能,相关基因在G1中呈上调表达。KEGG pathway分析结果表明,22个差异基因被定位到17条Pathway,其中10个基因在G1中呈上调表达,包括赖氨酸代谢途径对应基因,3_M和G1菌丝样品中赖氨酸含量分别为1.70×103 ng/mg和1.06×103 ng/mg,说明G1中上调的基因可能与之降解相关;DNA复制是显著性富集的代谢途径,相关基因在G1中呈下调表达。

间充质干细胞与肝样转化细胞的基因谱差异分析

目的用全基因表达谱芯片筛选大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)与定向分化为肝细胞样细胞(HLCs)的表达基因差异并对其进行分析研究。方法将大鼠MSCs诱导定向分化的肝样细胞做3次生物学重复,分别取MSCs和诱导分化的肝样细胞提取总RNA进行扩增,Cy3标记。与大鼠全基因表达谱芯片杂交,荧光扫描,筛选出差异表达基因,并进行GO分析和pathway分析。用实时定量PCR对结果进行验证。结果芯片筛选结果显示,分化后的MSCs与HLCs间的差异表达的基因多达839个,其中上调表达448个,下调表达391个。在差异基因当中有生物学过程注释的基因有363个,具有细胞组分注释的差异基因有377个,具有分子功能注释的差异基因364个。Pathwav分析结果中显示在差异基因参与的273个Pathway中有显著性变化的Pathway有45个,其中参与到显著性Pathway共有275个差异表达基因,其中上调基因122个,下调基因153个。通过差异基因构建基因调控网络,按照基因在网络的度(Degree)筛选出网络当中的5个关键基因:Pkm2、Nt5e、Fos、Adcy3、Itga7。结论 MSCs体外诱导定向分化为HLCs过程中,其调节的基因与肝细胞中细胞增殖、分化、凋亡、代谢和调控等密切相关。

红蓝光处理草莓组培苗的转录组测序与分析

【目的】光质对草莓的生理生化关键通路及基因的调控极为重要,为进一步研究草莓光敏基因奠定基础,同时也为草莓无毒种苗的繁育提供一定理论依据。【方法】以‘章姬’草莓组培苗为试材,以红蓝光的6种光配比处理为条件,采用转录组测序分析、pathway分析、KEGG数据库分析等技术试图从分子水平进行研究光处理对草莓组培苗的影响机制。【结果】获得了6个转录组文库,分别获得的Clean reads为34,325,533、34,870,504、36,127,081、22,665,945、23,731,628、26,593,530,基于KEGG数据库的分析,对受光质调节的4个通路糖酵解/糖异生代谢通路、卟啉和叶绿素代谢通路、光合作用、植物激素信号转导通路中差异性表达基因的数量及位置进行了具体分析。【结论】不同配比的红蓝光对草莓组培苗的有机物的积累与代谢、光合作用、叶绿素的产生与代谢、植物激素的产生均有明显作用,为下一步进行具体基因的研究提供方向和依据。

口腔黏膜白斑基因表达谱中重要致病差异表达基因的筛选及分析

目的:筛选口腔黏膜白斑中重要致病差异表达基因,并对其进行相关生物信息学分析。方法:提取白斑黏膜组织的总RNA,合成单标Cy3荧光标记的cRNA,然后与含有41000个基因/ESTs序列的Agilent全基因表达谱芯片杂交,以Ratio≥2和Ratio≤0.5为阈值来筛选差异表达基因;对差异表达基因行GO(Gene Ontology)功能分类和pathway通路分析;用RT-PCR对部分差异表达基因进行验证。结果:在41000个基因/ESTs序列中,共筛选到892条差异表达基因,其中上调基因623条,下调基因269条。GO分析发现这些差异表达基因主要涉及代谢、细胞结构等12类功能基因;pathway通路分析共得到7条有显著性改变的通路,在667条已知差异表达基因中,有9条基因在以上7条通路上发生富集。对上调基因Cyp2b13和下调基因Tyms行RT-PCR验证结果与芯片结果相符。结论:口腔黏膜白斑的发生主要由Cyp2b13、Tyms、Casp3、Cc15、CXCL12、Cc124、Dhfr、Apoe、Alb基因的异常表达导致Caspase-3激活通路、趋化因子受体粘附活性通路、E2F转录因子对DNA复制调节通路、G1/S期过渡相关调控通路、脂蛋白代谢通路、花生四烯酸代谢通路、细胞色素P450代谢通路的改变,最终导致白斑的发生,因此通过对以上9条基因的靶向调控进而变所涉及的7条通路将成为预防口腔白斑的关键。

不同生物型BVDV感染宿主细胞后差异基因分析

为深入研究牛场中普遍存在的持续性感染,探讨不同生物型牛病毒性腹泻病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)转化的分子机制,本试验将致细胞病变型BVDV(CP型BVDV)和非致细胞病变型BVDV(NCP型BVDV)感染MDBK细胞,观察细胞变化,感染后12~72h期间每间隔12h收集1次细胞,同时对24、48h收集的细胞进行转录组学分析。结果显示,不同生物型BVDV感染宿主细胞24h后,与感染NCP型BVDV的细胞相比,感染CP型BVDV的MDBK细胞中上调差异表达的基因2 849个,下调差异表达的基因3 347个,48h后,上调差异表达的基因2 933个,下调差异表达的基因2 831个。对差异基因的GO功能分析结果表明,差异基因参与的分子功能主要有催化活性、结合活性、酶调节活性、分子转导活性和蛋白结合转录因子活性等;Pathway显著性富集分析结果显示,差异表达基因主要参与细胞自噬、细胞凋亡、免疫调节因子等相关的信号通路。本试验结果可为进一步揭示病毒致病的分子机制、控制BVDV和研制其候选疫苗奠定基础。

胚胎干细胞分化为表皮样细胞的基因表达谱差异

【目的】用全基因表达谱芯片技术筛选小鼠胚胎干细胞(ESC)定向分化为表皮样细胞(ELC)的差异表达的基因并对其进行分析,以进一步阐明ESC分化为ELC的分子机制。【方法】利用人羊膜建立体外诱导体系,将小鼠ESC诱导定向分化为ELC,做3次生物学重复,分别取未分化的ESC和诱导分化的ELC提取总RNA进行扩增、Cy3标记,与NimbleGen135k小鼠全基因表达谱芯片(含44170个基因)杂交,荧光扫描,筛选出差异表达基因,并进行GO分析和pathway分析,用实时定量PCR对结果进行验证。【结果】芯片筛选结果显示,分化后的ELC与ESC间的差异表达的基因多达4856个(Cut off:2)。基因本体(GO)分析显示与生物学过程相关的差异表达基因最多的是细胞过程,1931个;与亚细胞组分(CC)相关的差基因中最多的是细胞和细胞组分相关基因,2391个;与分子功能相关的差异基因中最多是的结合功能(binding)基因,1869个。Pathway分析显示,与DNA复制通路相关的差异基因有23个;与蛋白酶体通路相关的24个;剪接体通路相关有47个;细胞周期相关的有44个。【结论】ESC体外诱导定向分化为ELC过程中,基因表达谱发生了巨大的变化,提示细胞分化是一个众多基因参与的复杂的生物学过程,这些基因在分化过程所起的作用和作用机制尚需大量的实验研究阐明。

快速老化小鼠SAMP8海马组织中基因表达谱的研究

目的观察快速老化小鼠P8(SAMP8)与同龄正常老化小鼠R1(SAMR1)海马组织中基因表达谱的差异。方法选用1、4、6、8、12月龄的SAMP8小鼠,用SAMR1作为对照组,每组各9只,快速处死后取海马组织提取总RNA,用纯化后的总RNA合成cDNA并标记荧光染料,与32k小鼠寡核苷酸微阵列芯片杂交,用共聚焦扫描仪LuxScanTM10KA及LuxScan3.0软件进行图像采集与数据处理,用SAM软件分析差异表达的基因,用MAS系统对差异基因进行通路(pathway)分析。结果正常老化小鼠SAMR1各月龄间表达谱差异无显著性,快速老化小鼠SAMP8各月龄间差异显著,两种品系小鼠的比较结果显示1月龄、12月龄基因表达差异最为显著,6月龄无显著差异。Pathway分析结果显示MAPK信号通路的基因表达差异最为显著。结论SAMP8小鼠与SAMR1小鼠海马的基因表达存在明显的差异,以MAPK信号通路的基因表达差异最为显著。

发展性阅读障碍研究现状及进展

本文拟报道对国内外全基因组相关研究(GWAS)策略的发展应用及儿童发展性阅读障碍的相关单核苷酸多态性位点(SNP)筛查的相关研究进展,以期为发现儿童发展性阅读障碍的易感基因,为其易感人群的筛查和风险预测,使用Pathway分析发现可能参与儿童发展性阅读障碍的基因,报道多基因交互作用的可能通路。以及早期诊断及干预提供文献研究依据。

原发性痛风甲基化谱的研究

目的应用基因芯片技术对痛风患者基因甲基化谱进行研究,为进一步研究探讨痛风的发病机制提供依据。方法随机选取门诊确诊为原发性痛风的3例男性患者(痛风组)和3例男性健康体检者(对照组),采用基因芯片技术对两组受试者进行全基因组CpG岛的DNA甲基化检测,筛选差异甲基化位点,采用Gene Ontology分析和Pathway分析对筛选基因进行功能分类和通路分析。结果痛风组与对照组相比,共有20 426个CpG位点甲基化水平发生改变,涉及10 063个基因,其中有5 719个高甲基化位点,14 707个低甲基化位点。Gene Ontology分析显示,差异性甲基化基因主要参与调控小GTPase介导的信号转导、神经系统发育、神经形成、亲同抗原的细胞黏附以及神经元的分化等;Pathway分析显示,差异性甲基化基因参与了趋化因子细胞通路、FcγR介导的吞噬作用通路、B细胞受体信号通路以及T细胞受体信号通路等炎性通路。结论 DNA甲基化可能与痛风的发病和急性期炎性反应相关,但还需进一步探究。

女性类风湿关节炎DNA甲基化特征

目的应用基因芯片技术对类风湿关节炎(RA)DNA甲基化特征进行研究,探讨DNA甲基化在RA发病机制中的作用。方法随机选取本院门诊确诊为RA的12例女性患者作为RA组,体检的12名健康女性作为对照组,采用Infinium公司的基因芯片对两组受试者进行全基因组CpG岛DNA甲基化检测,筛选差异甲基化位点,采用Gene Ontology(GO)分析和Pathway分析对筛选基因进行功能分类和通路分析。结果RA组与对照组相比,共有24183个CpG位点甲基化水平发生改变(P<0.05),其中有13672个高甲基化位点,10511个低甲基化位点。RA组显著差异甲基化位点共191个,共对应着115个基因,其中高甲基化基因如IL-26、PCSK6、MICB、NCF4、GALNT9、PHF19、ADAMTS4、ACTN1等,低甲基化基因如CYP2E1、SMAD3、SLC1A1、CD44、AGPAT1、KCNQ1、AHRR等。GO生物学过程分析显示,差异甲基化基因参与生物学过程富集于:细胞因子介导的信号通路、炎症反应、核转录因子-κB(NF-κB)信号通路、免疫反应调节、T细胞活化、透明质酸的代谢等;Pathway分析显示,RA组特异的差异甲基化基因与沙门菌感染、Toll样受体信号通路、炎性肠病、NF-κB信号通路、TRP通道的炎性介质调节、趋化因子信号通路、TNF信号通路、破骨细胞分化、系统性红斑狼疮等信号通路有关。结论DNA异常甲基化可能参与了RA的发生发展,异常甲基化的基因可能成为RA评估发病、疾病进展和疾病严重程度的生物标记物或预测因子,也有望成为RA治疗的潜在靶点。

金针菇单、双核菌丝差异表达基因分析

对金针菇Flammulina velutipes单核菌丝W23的菌丝体以及与L11质配后的双核菌丝H1123菌丝体进行了转录组测序,以本实验室已获得的W23基因组为参考基因组研究两样本间差异基因,并对这些差异基因进行了GO功能和Pathway显著性富集分析。差异基因分析显示,两个样本中共有显著性差异表达的基因3 504个,其中在双核菌丝中上调、下调的基因数分别为2 151和1 353个。研究发现差异表达基因含有很多的转录因子基因、蛋白激酶以及WD40 repeat-like蛋白。Gene Ontology(GO)功能分析结果表明,extracellular region和membrane-enclosed lumen条目下的差异基因全部为上调表达,而envelope下的差异基因全部为下调表达,以利于双核菌丝分裂时锁状联合的形成而便于核的迁移。Pathway功能富集分析结果表明,脂肪酸、氨基酸以及大部分糖类合成相关基因具有比较活跃的上调表达。说明双核菌丝主要进行营养物质的富集,为下一步在合适条件下分化成原基,进入生殖生长阶段储备物质基础。

陆地棉转录组耐盐相关SNP挖掘及分析

为了挖掘陆地棉可能与耐盐性相关的功能SNP,本实验以耐盐陆地棉品种中9409为材料,从对照和盐胁迫材料的叶片转录组数据检测SNP,并进行GO和Pathway注释。从对照(ck,c)和处理(salt-treated,s)中分别检测到SNPc(对照中的SNP)12 659个、SNPs(处理材料的SNP)16 871个,其中对照特有SNP(SNPc-only)2 102个,盐胁迫后样品特有SNP(SNPs-only)4 547个。GO注释分析发现gene^(SNPc),gene^(SNPs),gene^(SNPc-onl)y在分子功能、细胞组分、生物进程富集的比例基本一致,而gene SNPs-only在每个分类中的基因比例都明显大于前三个。Pathway分析表明,gene^(SNPc),gene^(SNPs),gene^(SNPc-only),gene^(SNPs-only)显著富集的通路也不完全相同。以磷酸肌醇代谢途径和茉莉酸信号途径为重点,qRT-PCR(Quantitative Real Time PCR)验证通路中的差异表达基因,并初步分析这些基因上SNP的位置、酶切效应以及是否会导致氨基酸变异。

柴芩承气汤潜在作用的生物信息学预测

目的:通过分析柴芩承气汤所含中药成分的相关基因富集性、信号通路富集性及病种富集性,预测其潜在的作用机制。方法:对柴芩承气汤中所含中药成分采用生物信息学技术中的KEGG pathway/GO terms/TTD disease/OMIM disease等方法分析其相关基因富集性、信号通路富集性及病种富集性。结果:预测得出柴芩承气汤除在重症急性胰腺炎方面可能通过清除炎症因子、预防发生炎症反应综合征以及通过峻下热结改善肠道动力功能而起到预防多脏器功能衰竭的作用外,还在分子和基因水平方面对诸多疾病有潜在作用。结论:对于该预测结果可从实验室开始,同时结合临床中医辨证论治过程判定其适应症及其安全性和确切性。

miR-124在西方蜜蜂三种蜂型中的表达分析与功能推测

【目的】miR-124与神经系统发育相关,在多细胞动物脑中特异表达。本研究拟验证miR-124是否在西方蜜蜂3种蜂型的脑中特异表达以及在3种蜂型当中表达差异与功能分析,为西方蜜蜂中miR-124功能研究奠定基础。【方法】设计茎-环状引物反转录miRNA,定量PCR(称为stem-loop RT-qPCR检测法)检测miR-124在西方蜜蜂3种蜂型头部及其他部位表达情况;以邻位相连法构建miR-124系统进化树;利用BioEdit软件对miR-124成熟序列进行同源性分析;查找miR-124在西方蜜蜂当中的靶基因并对靶基因进行功能分析。【结果】miR-124在3种蜂型头部高量表达,其中工蜂最高,雄蜂次之,蜂王最低;miR-124在3种蜂型的其他部位微量表达,相对于3种蜂型头部几乎不表达;多物种中,miR-124同源性最低达到82.6%,最高达到100%;在西方蜜蜂中获得96个miR-124靶基因,45个靶基因获得基因注释,功能归类显示多个miR-124靶基因参与神经发育与调节。【结论】miR-124在3种蜂型头部特异表达,其中在工蜂头部表达最高,雄蜂次之,蜂王最低,而在三型蜂中,由于工蜂的脑最发达,雄蜂的次之,蜂王的最小,推测miR-124与西方蜜蜂3种蜂型的脑发育和调控3种蜂型分工相关。

应用基因芯片技术分析甘草酸改善大鼠酒精性肝损伤的作用机制

目的运用基因芯片技术检测甘草酸对大鼠酒精性肝损伤保护作用的分子机制。方法 45只大鼠随机分为3组:模型组、甘草酸组、正常对照组,连续灌服56度白酒8周,处理动物,测定血清谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)水平;抽提肝脏RNA,全基因组表达谱芯片检测,运用GO和KEGG Pathway富集分析。结果与正常对照组比较,模型组血清AST和ALT含量显著升高,差异有统计学意义(t=7.784,P<0.05;t=11.366,P<0.05),肝组织出现显著的肝损伤;与模型组相比,甘草酸组能显著改善肝组织病变,降低血清AST和ALT含量,差异有统计学意义(t=6.448,P<0.05;t=7.526,P<0.05)。芯片结果分析显示,甘草酸组与模型组共筛选出7 482条差异可变剪切RNA(Splicing Index<-3或>3,P<0.05),其中差异可变剪切编码RNA为6 512条。对差异可变剪切编码RNA进行GO和Pathway富集分析,结果显示,主要与乙醇分解代谢、肝星状细胞活化、氧化还原酶活性、氨基酸合成代谢、脂肪酸的生物合成、Notch信号通路等功能或通路有关。结论甘草酸在改善大鼠酒精性肝损伤病变过程中存在大量差异可变剪切编码RNA,提示甘草酸可通过调节多基因可变剪切改善酒精性肝损伤病变。