WGCNA和机器学习识别骨关节炎铁死亡特征基因及实验验证

背景:铁死亡与骨关节炎发生、发展密切相关,但具体特征基因及调控机制尚不清楚。目的:运用WGCNA及多种机器学习方法识别骨关节炎铁死亡特征基因及免疫浸润分析。方法:从GEO数据库下载骨关节炎相关数据集,同时在FerrDb网站中获取铁死亡相关基因,采用R语言对骨关节炎数据集进行批次校正、提取骨关节炎铁死亡基因并进行差异分析,对差异基因进行GO功能及KEGG信号通路分析;同时运用WGCNA分析及机器学习(随机森林、LASSO回归及SVM-RFE分析)筛选骨关节炎铁死亡特征基因,并进行体外细胞实验,将软骨细胞分为正常组和骨关节炎组,运用数据集及qPCR验证表达并行相关免疫浸润分析。结果与结论:①经批次校正及PCA分析获得骨关节炎基因12548个,同时获得铁死亡基因484个,进而得到24个骨关节炎铁死亡差异基因;②GO分析主要涉及对氧化应激反应、对有机磷反应等生物过程;涉及细胞顶端、顶端质膜等细胞组分;涉及血红素结合、四吡咯结合等分子功能;③KEGG分析显示,骨关节炎铁死亡差异基因与白细胞介素17信号通路、肿瘤坏因子信号通路等信号通路有关;④运用WGCNA分析及机器学习筛选后获得特征基因KLF2;通过基因芯片验证后发现实验组半月板组织中KLF2基因表达高于对照组(P=0.00014);⑤体外细胞实验显示,骨关节炎组软骨细胞中Ⅱ型胶原、KLF2基因表达低于对照组(P<0.05),同时在骨关节炎铁死亡中肥大细胞与树突状细胞密切相关(r=0.99),KLF2与自然杀伤细胞(r=-1,P=0.017)、滤泡辅助性T细胞(r=-1,P=0.017)等密切相关;⑥结果显示,运用WGCNA分析及机器学习方法证实KLF2可作为骨关节炎铁死亡的特征基因,可能通过干预KLF2来改善骨关节炎铁死亡。

基于WGCNA筛选胃癌相关自然杀伤细胞基因及潜在中药预测

目的:通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选胃癌相关自然杀伤细胞基因,探讨自然杀伤细胞相关基因与胃癌预后相关性,预测潜在治疗的中药。方法:运用WGCNA分别构建TCGA-STAD数据集和GSE84437数据集胃癌自然杀伤细胞相关基因共表达网络,获得自然杀伤细胞相关基因。通过单因素Cox回归分析获得与预后相关基因,对预后相关基因进行生存分析,获得与生存相关的基因,以GSE84433作为验证集。运用CIBERSORT反卷积算法计算生存相关基因在22种免疫细胞中的浸润情况。将预后相关的基因映射到Coremine Medical数据库,获得潜在中药,并对筛选中药进行四气、五味、归经及功效的频数统计。结果:通过WGCNA及差异分析,筛选出98个与自然杀伤细胞相关基因,单因素Cox分析共获得22个与预后相关的基因,通过生存分析,发现5个基因与生存显著相关,且与大部分免疫细胞存在相关性,并在GSE84433数据集得到验证。将预后相关基因映射到Coremine Medical数据库,获得潜在治疗中药186味,其中姜黄、郁金等10味中药出现频数较高,药性以温、寒为主,药味以苦、辛、甘为主,归经以肝经、肺经、胃经、脾经为主,功效以补虚药、清热药为主。结论:IL32、IRF8、INFG、SNX10、BATF2等5个胃癌相关自然杀伤细胞基因与胃癌预后相关,姜黄、郁金等中药可能通过提高自然杀伤细胞的活性和数量改善胃癌的预后。本研究揭示中药可能通过改变肿瘤免疫微环境改善患者生存预后,为后续中药研究提供思路。

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。

利用WGCNA鉴定玉米非生物胁迫相关基因共表达网络

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是一种经典的系统生物学分析方法,可用来鉴定协同表达的基因模块,探索模块与目标性状的生物学相关性,并挖掘模块网络中的核心基因。本文收集了低温胁迫、高温胁迫、干旱胁迫和盐胁迫处理下玉米(Zea mays L.)根、茎、叶等组织的58份转录组数据,利用WGCNA方法鉴定玉米非生物胁迫的基因共表达网络模块。过滤转录组数据中12,552个低表达基因后,利用余下27,204个高表达基因构建共表达网络,分析得到25个模块。根据玉米中已报道非生物胁迫相关基因与差异表达基因在模块中的分布,筛选出与低温胁迫、高温胁迫、干旱胁迫和盐胁迫最相关的mediumpurple4、ivory、coral2、darkseagreen4模块和响应多种胁迫的green模块。随后对这5个模块的基因进行GO富集分析,发现在这些模块内与非生物胁迫相关基因的在非生物胁迫调控相关功能显著富集,如胁迫响应、过氧化物酶活性等。对这5个模块作相关性分析,预测出Zm00001eb072870、Zm00001eb320970、Zm00001eb037640、Zm00001eb423300和Zm00001eb265310等10个非生物胁迫相关的核心基因。本研究为玉米非生物胁迫相关基因的挖掘和非生物胁迫调控网络研究等提供了新思路。

基于WGCNA的刺葡萄抗白腐病关键基因的发掘

【目的】葡萄白腐病是危害最严重的病害之一,不同的葡萄种质对白腐病的抗性存在差异。在前期的研究中筛选到了1份抗病种质刺葡萄0941,该种质为中国野生葡萄,具有耐湿热、抗病性强的特点。旨在通过转录组测序和WGCNA筛选,挖掘刺葡萄抗白腐病关键基因。【方法】以抗病的刺葡萄0941(Vd)和感病的欧亚种美人指(Vv)为试材,通过室内接菌,设置0 h、24 h、48 h三个时间点,研究病原菌诱导下感病和抗病种质的基因表达差异,筛选出抗病基因,并利用qRT-PCR进行验证。【结果】根据|Log2Fold Change|≥2和p≤0.05的筛选条件,在0 h、24 h、48 h抗病品种刺葡萄和感病品种美人指之间筛选到差异表达基因分别有5266、4725、4653个。其中上调基因数分别为1737、1788、1727个,下调基因数为3529、2937、2926个;进一步对这些差异基因进行GO和KEGG富集分析,发现了具有防御反应、跨膜运输和一些植物激素信号转导等功能的基因或者通路。为了明确不同品种葡萄果实抗病之间的调控网络,进行了WGCNA分析,得到7个基因模块,筛选出2个与抗病高度相关的关键的模块并且通过hub基因分析明确模块内基因的互作网络关系,鉴定出2个类黄酮代谢相关基因、2个植物激素信号转导相关基因以及2个hub基因,并且通过荧光定量验证其表达情况与转录组数据一致。【结论】获得了刺葡萄与美人指响应白腐病侵染的差异表达基因,并显著富集在防御反应、跨膜运输和一些植物激素信号转导等通路,筛选出6个抗病候选基因,包括F3’5’H、EIN和MYB等。

基于GWAS和WGCNA分析挖掘玉米花期相关候选基因

花期是玉米重要性状之一,解析玉米花期的遗传基础,挖掘玉米花期关键基因,对于选育广适玉米品种具有重要意义。在580份玉米自交系构成的自然群体中,3年种植测定散粉期、吐丝期和散粉吐丝间隔期等3个花期性状,利用分布全基因组的31,826个SNPs(single nucleotide polymorphisms)标记进行全基因组关联分析(genome wide association study,GWAS),结合自交系B73的14个不同发育阶段的转录组数据进行权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),挑选与玉米开花相关的组织特异性模块和关键基因。GWAS在多环境(2个环境以上)下共定位标记14个,挖掘到潜在候选基因10个,WGCNA挖掘到花期潜在候选基因17个,2种方法共同挖掘到候选基因3个。Zm00001d052180编码一个MADS-box转录因子19,Zm00001d016814编码NAC转录因子133,Zm00001d048082编码MADS-box转录因子8,这些基因主要参与调节花序生长发育。研究结果为解析玉米花期遗传基础及分子机制提供参考。

利用WGCNA挖掘种公鸡睾丸和附睾中影响精子活力的核心基因

种公鸡的精子活力对养禽业的可持续发展至关重要,通过加权基因共表达网络(WGCNA)分析法挖掘种公鸡睾丸、附睾中调控精子活力的基因共表达模块和核心基因,并构建与种公鸡精子活力相关的调控网络。基于团队前期对不同精子活力种公鸡睾丸、附睾组织转录组测序数据的分析,用WGCNA方法构建基因共表达网络,识别与表型性状显著相关的基因模块,并对关键模块基因进行GO功能注释、KEGG通路富集分析。用Cytoscape软件筛选每个关键模块的核心基因并构建可视化共表达网络。结果表明,14227个基因聚类到11个模块,以决定系数(R2)≥0.6、P<0.05为标准挖掘出青绿色(Turquoise)模块、黄色(Yellow)模块、红色(Red)模块与表型显著相关。对3个关键模块的基因进行功能分析,发现这些基因显著富集在核苷酸切除修复、同源重组、细胞色素P450对异类物质代谢、MAPK信号通路和细胞凋亡等通路上。选出的IFT家族基因与HMOX2、CYP4B1、ANG、ITGB2基因是与种公鸡精子活力相关的核心基因,可作为提高精子活力的潜在基因。

基于WGCNA分析探讨COVID-19相关心房颤动的关键途径

目的通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)方法构建并分析COVID-19和心房颤动(房颤,AF)的共表达网络,探寻COVID-19相关AF可能发病机制。方法从GEO数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)中获得COVID-19和AF相关数据集,通过WGCNA识别疾病相关模块,将COVID-19和AF疾病相关模块中的基因进行交叉,得到COVID-19相关AF的共享基因,进行GO、KEGG、Reactome、WIKI Pathway分析探寻可能的生物学功能,并构建PPI蛋白网络互作图,运用Cytoscape软件确定关键基因和关键通路。结果共得到45个COVID-19和AF的共享基因,富集分析显示目标基因涉及多个生物学进程及通路,其中MAPK信号通路最值得关注。结论探讨了COVID-19和AF之间联系的分子机制,得到了3个关键基因MAP3K1、CREB1、RPS6KA3,认为AngⅡ-MAPK信号通路的过度激活所导致的炎症风暴在COVID-19相关AF中发挥了关键作用。

通过WGCNA和DEG确定并验证GPC4和VCAN作为原发性双侧大结节肾上腺增生的枢纽基因

目的:通过生信分析筛选原发性双侧大结节肾上腺增生的核心基因,探索疾病治疗的新靶点。方法:本研究从基因表达数据库(Gene Expression Omnibus, GEO) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)检索并下载了与原发性双侧大结节肾上腺增生相关的转录组测序数据和表达谱数据集GSE171558。我们筛选了差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs),并对该数据集进行了加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-Expression Network Analysis, WGCNA)。对蓝色模块基因进行了基因本体论(Gene Ontology, GO)、京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)通路富集分析和基因集富集分析(Gene Set Enrichment Analysis, GSEA)。根据差异表达基因进行了蛋白质–蛋白质相互作用网络(Protein-Protein Interaction Network, PPI)。我们选择了蓝色模块中的中枢基因和PPI中的枢纽基因的重叠基因作为PBMAH的最终中枢基因。并且我们在GSE25031数据集中验证了最终枢纽基因。结果:蓝色基因模块(677个基因)主要富集在脂质代谢领域,与PBMAH具有最高的相关系数。通过差异分析,我们筛选出487个DEGs,其中包括231个上调基因和256个下调基因。蛋白质–蛋白质相互作用网络分析鉴定出30个中枢基因。GPC4和VCAN被确定为PBMAH的最终中枢基因。与正常对照组相比,GPC4在PBMAH组中的表达显著下调,而VCAN与正常组相比显著上调。GSEA数据分析显示,VCAN与PI3K-Akt信号通路、磷脂酶D信号通路、Rap1信号通路、Ras信号通路、MAPK信号通路等相关联。GPC4与癌症相关通路、Rap1信号通路、PI3K-Akt信号通路、Wnt信号通路等相关。GSE25031的原始数据验证了分析结果。结论:基于生物信息学分析初步筛选出GPC4和VCAN可能参与PBMAH的致病和发展。为进一步研究原发性双侧大结节肾上腺增生的诊断及治疗提供了新的方向。

基于WGCNA分析鉴定糖尿病肾病新的诊断标志物

目的基于生物信息学技术鉴定糖尿病肾病(DKD)新的诊断标志物。方法在基因综合表达数据库(GEO)中筛选DKD与正常肾小球组织中的差异表达基因(DEGs),并通过加权基因共表达网络(WGCNA)筛选关键基因模块,获得关键DEGs。进行基因本体论功能(GO)以及基因组百科全书通路(KEGG)富集分析,以及蛋白互作(PPI)分析获取核心基因。绘制核心基因的受试者操作特征(ROC)曲线,筛选出诊断效能较好的基因作为诊断标志物,并进行基因集富集分析(GSEA)以及免疫浸润分析。结果共鉴定出87个DEGs,其中39个在DKD中上调,48个下调。WGCNA显示橙色模块为关键模块,共获得14个关键DEGs。对关键DEGs的GO富集结果主要富集于白细胞趋化、趋化因子结合等,KEGG富集结果主要富集于白细胞介素17、肿瘤坏死因子等信号通路。PPI分析鉴定出5个核心基因,ROC曲线提示DUSP1及FOSB具有较好的诊断效能(AUC=0.941,AUC=0.900),被筛选为潜在诊断标志物。GSEA富集分析结果提示随着标志物表达的增加,色氨酸代谢、脂肪酸代谢等通路被抑制。免疫浸润结果发现这两个标志物的表达均与免疫细胞的浸润密切相关。结论DUSP1和FOSB对DKD具有良好的诊断效能,并与DKD肾小球免疫细胞浸润相关,有望成为DKD的新型诊断标志物及治疗靶点。

WGCNA联合LASSO-COX分析筛选并构建乳腺癌患者5基因预后预测模型

目的基于癌症基因组图谱数据库(TCGA)筛选乳腺癌预后相关的关键基因作为生物标志物,并构建预后预测模型。方法从TCGA数据库收集乳腺癌和正常样本的基因表达图谱,利用limma算法筛选乳腺癌样本组和正常组之间的差异表达基因(DGEs),采用WGCNA联合LASSO-COX分析DGEs获得预后相关的关键基因,再由关键基因构建预后模型评估患者风险,并在基因表达综合数据库(GEO)乳腺癌数据集中进行验证。最后,通过GSEA方法分析高低风险组患者涉及的关键信号通路。结果通过差异基因分析获得1000个DGEs;WGCNA联合LAS⁃SO-COX分析DGEs,获得5个乳腺癌预后关键基因:FBXL19、HAGHL、PHKG2、PKMYT1和TXNDC17,由这些基因构建预后预测模型并计算患者风险评分;ROC分析表明该模型具有良好的预测性能并在GEO数据库得到验证;生存分析显示高风险评分与患者不良预后相关;GSEA分析表明p53信号通路富集于高风险评分组。结论由FBXL19、HAGHL、PHKG2、PKMYT1和TXNDC17组成的预后预测模型可用于乳腺癌患者预后预测,为乳腺癌患者基因靶向治疗提供参考。

基于WGCNA发掘缺磷、红光和黄光处理下三角褐指藻岩藻黄素合成关键基因

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是一种分析多个样本间基因表达模式的方法,可将表达模式相近的基因聚类并发掘与特定的性状或表型相关的关键基因。本研究采用转录组测序和WGCNA方法,分析了三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)在缺磷、红光和黄光等非生物胁迫下对岩藻黄素积累的影响。结果表明,与对照组相比,岩藻黄素含量在缺磷和红光处理后显著提高(P<0.05),但是在黄光处理后显著降低(P<0.05)。利用转录组测序得到的10,392个基因构建加权基因共表达网络,为了确保无标度网络,选择β=18(R^(2)>0.8)作为软阈值。通过对岩藻黄素含量进行关联分析,共鉴定了10个共表达模块,其中purple模块与岩藻黄素含量呈正相关(r=0.9,P=1E–200),并确定了9个关键基因,包括5个岩藻黄素合成通路上的基因(DXR、PSY、PDS1、ZEP2、VDL2)和4个转录因子基因(bHLH5、HOX2、CCHH13、HSF1b)。进一步利用qRT-PCR证实,关键基因在缺磷处理时表达量更高,线性回归分析结果表明基因相对表达量均与转录组数据高度相关。本研究结果为进一步研究三角褐指藻中岩藻黄素的复杂调控机制奠定了基础。

利用WGCNA挖掘黄精属植物多糖合成通路关键基因

为了获取黄精属植物多糖类有效成分合成的关键基因,基于转录组差异表达数据,采用加权共表达网络分析方法,并结合KEGG数据库中多糖合成通路信息,计算核心基因在多花黄精和玉竹的叶片及根状茎之间表达模式的相关性.结果表明,FBA(Fructose-Bisphosphate Aldolase)基因和GOLS(Galactinol Synthase)基因在叶片和根状茎之间对应多个转录本的表达量,在皮尔森线性回归计算结果中显示了强相关性,是黄精属植物多糖活性成分合成通路的关键基因.

基于WGCNA算法的基因共表达网络构建理论及其R软件实现

WGCNA(weighted geneco-expression network analysis)算法是一种构建基因共表达网络的典型系统生物学算法,该算法基于高通量的基因信使RNA(mRNA)表达芯片数据,被广泛应用于国际生物医学领域。本文旨在介绍WGCNA的基本数理原理,并依托R软件包WGNCA以实例的方式介绍其应用。WGCNA算法首先假定基因网络服从无尺度分布,并定义基因共表达相关矩阵、基因网络形成的邻接函数,然后计算不同节点的相异系数,并据此构建分层聚类树(hierarchical clusteringtree),该聚类树的不同分支代表不同的基因模块(module),模块内基因共表达程度高,而分数不同模块的基因共表达程度低。最后,探索模块与特定表型或疾病的关联关系,最终达到鉴定疾病治疗的靶点基因、基因网络的目的。

基于WGCNA技术研究驴肉嫩度基因及代谢物调控网络

旨在通过WGCNA技术解析转录组和代谢组数据,探究驴肉嫩度调控机制。试验动物采用24~36月龄的健康雌性广灵驴(平均体重236.10 kg),将驴肉剪切力和肌内脂肪含量作为表型数据,以每个样品3个重复进行表型数据测定。本试验基于前期研究的具有显著剪切力和肌内脂肪含量差异的14个广灵驴背最长肌样本的转录组和代谢组测序数据,运用WGCNA技术筛选与驴肉嫩度相关的基因及代谢物并进行转录组与代谢组联合分析,解析嫩度相关基因与代谢物。结果表明,利用WGCNA技术通过|r|≥0.5以及P≤0.05筛选标准得到3个与嫩度相关的关键基因模块Greenyellow、Darkgrey、Darkgreen以及2个关键代谢物模块Brown、Yellow。对关键基因模块进行GO富集分析发现,模块内基因主要在甘油磷脂的生物合成、脂质氧化、脂肪酸β-氧化、细胞大分子分解代谢过程、肌肉器官发育、钙离子结合等GO功能上富集。存在于关键模块内的基因及代谢物经KEGG功能富集分析发现,其大多集中在精氨酸和脯氨酸代谢、Wnt信号通路、蛋白质消化吸收、脂肪酸代谢、TCA循环、胰高血糖素信号通路、甘油磷脂代谢、嘌呤代谢、β-丙氨酸代谢等通路上。联合分析表明,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、β-丙氨酸代谢以及PPAR信号通路可能调控驴肉嫩度。WGCNA及联合KEGG共富集分析筛选到的丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、β-丙氨酸代谢以及PPAR信号通路可能对调控驴肉嫩度有重要作用;而GAD1、PPAT、NIT2、AGMAT、CARNS1、ACOXL以及腺苷酸基琥珀酸、L-脯氨酸、L-谷氨酸、肌酸、高肌肽、肌肽、泛酸、(9S)-羟基十八碳二烯酸则可能是影响驴肉嫩度的候选基因及代谢物。本试验可为今后广灵驴肉质嫩度的分子调控与改良育种提供一定的理论基础。

结合WGCNA构建与猪肌肉脂肪酸相关的调控网络

试图通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)构建与猪脂肪酸性状相关的关键调控网络,旨在为提高猪肉质品质提供信息。基于猪种质资源发掘与创新利用-山西省科技创新重点团队前期猪肌肉组织的转录组测序数据进行分析,采用WGCNA划分模块,Cytoscape软件插件Clue GO对重要模块进行富集分析并筛选重要模块,利用Cytoscape软件可视化共表达网络。结果表明,分析聚类得到15个模块,对各个模块进行富集分析,发现MEgreen模块和MEyellow模块与脂肪酸的分解代谢通路、PPAR信号通路等显著相关,这些通路均在脂肪酸组成中有重要作用。分别从每个模块筛选出10条核心基因,MEgreen模块核心基因为NDUFB7、CPT2、NDUFB3、ATP5O、NDUFAB1、CPOX、ATP5A1、MRM1、NDUFV1和ETFA,模块中还有7条lncRNAs;MEyellow模块核心基因为PSTPIP2、PGM1、UBE2D4、PGAM2、WWP1、DENND5A、ACTR1B、MACROD1、CAND2和PYGM,模块中还有9条lncRNAs。研究采用WGCNA获得了影响猪脂肪酸组成的关键因子,结果可为解析猪肉质性状形成的分子机制提供理论参考。

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与GSEA方法挖掘调控中卫山羊羊毛弯曲相关基因

旨在探究中卫山羊羊毛弯曲随生长发生变化的分子机制,挖掘不同发育时期影响羊毛弯曲度的关键基因。试验采集了3只中卫山羊出生后45日龄(弯曲毛)和365日龄(直毛)的皮肤组织,进行转录组测序(RNA-seq),使用WGCNA与GSEA分析找出Hub基因。以P-value<0.05和|logFoldChange|≥1作为差异表达基因筛选的标准,45日龄为对照组,365日龄为试验组共筛选得到1 252个显著差异表达基因,包括812个表达上调基因和440个下调基因。基于WGCNA方法分析共得到14个模块,其中黄色和绿松石模块与被毛弯曲表型相关。利用String和Cytoscape构建网络,筛选到20个影响羊毛弯曲度的核心基因。从GSEA结果中筛选的被显著富集通路Hedgehog signaling pathway、JAK/STAT signaling pathway、TGF/BETA signaling pathway等参与了毛囊发育调控。综合KEGG、WGCNA、分子网络构建、GSEA分析结果,共同筛选得到基因CCL27、IL7、WNT2,推断这3个基因在调控毛囊发育中起到了关键的调控作用。本研究为进一步阐明动物毛发弯曲的分子机制提供了理论基础。

基于WGCNA挖掘谷子淀粉合成相关基因

[目的]淀粉是植物发育过程中重要的能源物质,也是影响作物品质的重要物质之一。明确谷子淀粉合成调控相关基因对于开展谷子品质分子育种具有重要意义。[方法]本试验对谷子及其它5种禾本科作物直链淀粉合成关键基因Waxy进行聚类,并对其基因特征进行了分析;对Waxy基因在谷子中的表达模式进行分析;以名优谷子品种晋谷21为材料,构建淀粉合成相关基因的共表达网络。[结果]确定了6个物种中Waxy氨基酸序列系统发育关系、基因结构及蛋白基序,明确了Waxy蛋白具有糖基转移酶(GT_1)和淀粉合成酶催化区(GT_5)2个保守性结构域;确定了Si4g02980基因是谷子籽粒淀粉合成的主效基因。WGCNA筛选出含淀粉合成相关基因数目较多的2个模块,确定了一批包括转录因子的候选基因。[结论]本研究结果可为进一步鉴定和克隆谷子淀粉合成调控关键基因及谷子品质分子育种提供理论支撑。

通过WGCNA建立食管鳞癌放射敏感性的microRNA表达模型

目的筛选并验证影响食管鳞癌放射敏感性的microRNAs。方法基于TCGA数据库及食管鳞癌患者的组织标本,利用WGCNA算法及qRT-PCR筛选并验证放射敏感相关的核心microRNAs。Logistic联合ROC评估预测模型的准确性。克隆形成实验验证microRNAs对食管鳞癌放射敏感性的影响。TargetScan及Western blotting验证microRNAs与靶基因之间的相关性。结果WGCNA筛选出食管鳞癌放射敏感相关的4个核心microRNAs;qRT-PCR发现,miR-29b-3p、miR-146b-5p及miR-155-5p在食管鳞癌放射抗拒细胞株中表达下调。miR-29b-3p、miR-146b-5p联合miR-155-5p可较准确地预测食管鳞癌放射敏感性。诺曼图结果提示,miR-29b-3p是影响晚期食管鳞癌患者预后的最重要因素。过表达miR-29b-3p、miR-146b-5p可抑制食管鳞癌细胞的体外增殖力并增强其放射敏感性。TargetScan数据库及Western blotting结果提示,miR-29b-3p与miR-146b-5p分别靶向作用于H2AX和ATR的mRNA,抑制电离辐射后细胞内γH2AX和ATR的表达。结论依据miR-29b-3p、miR-146b-5p及miR-155-5p可较好地预测食管鳞癌患者的放疗效果;miR-29b-3p、miR-146b-5p通过分别靶向作用于DNA损伤识别蛋白ATR及H2AX,发挥放射增敏作用。