响应面法优化蜂蜜酸奶的发酵工艺

在单因素实验的基础上,采用响应面分析实验方法,优化蜂蜜与鲜奶比例、发酵温度、接菌量等影响蜂蜜酸奶发酵效果的工艺参数。经Design-Expert.V8.0.6软件对试验结果进行分析,确定蜂蜜酸奶生产的最优工艺参数为:m(蜂蜜/g)∶V(鲜奶/mL)=8.13∶71.87,接种量2.30%,发酵温度42.30℃。在此条件下,还原糖转化率为9.47%,与理论值9.58%的相对误差约为1.15%。该蜂蜜酸奶发酵的最佳工艺参数在生产上具有一定的指导意义。

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子的比较转录组分析

为探究实验室条件下纯培养的蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)菌丝(AaM)和孢子(AaM)的共有基因、特有基因以及差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)与真菌的生长、发育、生殖和致病性的相关性,利用RNA-seq技术和生物信息学方法对AaM和AaS进行比较转录组分析,并结合实时荧光定量PCR验证转录组数据的可靠性.分析结果显示AaM和AaS的共有基因为7362个,涉及44个功能条目和122条通路;二者的特有基因分别为195和278个.AaM vs AaS比较组含有977个上调基因和687个下调基因,分别涉及32和32个功能条目;此外,上述DEG还涉及糖酵解/糖异生、次级代谢物的生物合成等113条通路.基于比较转录组分析发现球囊菌菌丝和孢子的共有基因、特有基因和DEG可能通过调节细胞活动、代谢进程、内吞作用以及MAPK信号通路等关键途径参与球囊菌的生长、发育和生殖过程.

参与调控意大利蜜蜂工蜂中肠基因表达的东方蜜蜂微孢子虫miRNA的组学解析及其调控网络

【目的】本研究结合前期已获得的miRNA和mRNA组学数据对东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae的差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)靶向意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂中肠的mRNA和差异表达mRNA(differentially expressed mRNA,DEmRNA)进行生物信息学预测、数据库注释和调控网络分析,旨在解析东方蜜蜂微孢子虫对意大利蜜蜂工蜂中肠的基因表达调控。【方法】比较东方蜜蜂微孢子虫感染7 d(AmT1)和10 d(AmT2)的意大利蜜蜂工蜂中肠和未感染中肠(分别为AmCK1和AmCK2)的mRNA数据,筛选意大利蜜蜂工蜂的显著性DEmRNA;通过比较侵染AmT1和AmT2的东方蜜蜂微孢子虫(分别为NcT1和NcT2)和东方蜜蜂微孢子虫纯净孢子(NcCK)的miRNA数据筛选出东方蜜蜂微孢子虫的DEmiRNA。利用TargetFinder软件预测东方蜜蜂微孢子虫DEmiRNA靶向的意大利蜜蜂工蜂中肠DEmRNA。利用相关生物信息学工具对上述意大利蜜蜂工蜂中肠靶DEmRNA进行GO和KEGG数据库注释。根据KEGG数据库注释信息筛选出意大利蜜蜂工蜂中肠免疫防御和能量代谢通路相关DEmRNA,并构建和分析上述DEmRNA与相应的东方蜜蜂微孢子虫DEmiRNA之间的调控网络。【结果】NcCK vs NcT1比较组中东方蜜蜂微孢子虫的77条显著上调miRNA和52条显著下调miRNA可分别靶向AmCK1 vs AmT1比较组中意大利蜜蜂工蜂中肠的118条显著下调mRNA和135条显著上调mRNA,这些mRNA可分别注释到31和25个GO条目,以及113和107条KEGG通路。NcCK vs NcT2比较组中东方蜜蜂微孢子虫的52条显著上调miRNA和49条显著下调miRNA可分别靶向AmCK2 vs AmT2比较组中意大利蜜蜂工蜂中肠的97条显著下调mRNA和210条显著上调mRNA,这些mRNA可分别注释到27和30个GO条目以及97和127条KEGG通路。NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2比较组中的11条共同显著上调miRNA和19条共同显著下调miRNA分别靶向AmCK1 vs AmT1和AmCK2 vs AmT2比较组的6条共同显著下调和14条共同显著上调mRNA,可分别注释到7和10个GO条目以及0和9条KEGG通路。NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2比较组中东方蜜蜂微孢子虫的DEmiRNA可靶向AmCK1 vs AmT1和AmCK2 vs AmT2比较组中意大利蜜蜂工蜂中肠的氧化磷酸化和硫代谢等能量代谢通路相关DEmRNA,以及胞吞作用、黑色素生成、溶酶体、自噬、Toll样受体信号通路、细胞凋亡、Ras信号通路、泛素介导的蛋白水解和MAPK信号通路等免疫防御通路相关DEmRNA。进一步分析发现,miR-216-x,miR-5119-y,bantam-y和miR-8-y在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2比较组中皆显著上调表达,且靶向意大利蜜蜂工蜂中肠的溶酶体、黑色素生成、泛素介导的蛋白水解、MAPK信号通路及Ras信号通路等免疫防御通路相关的显著下调mRNA。【结论】在侵染过程中,东方蜜蜂微孢子虫的DEmiRNA对意大利蜜蜂工蜂的基因表达具有广泛的潜在影响,东方蜜蜂微孢子虫可能通过上调部分miRNA跨界调控意大利蜜蜂工蜂的免疫防御以促进侵染,通过下调部分miRNA跨界调控意大利蜜蜂工蜂的能量代谢以加强能量窃取并促进增殖。

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中长链非编码RNA的比较及潜在功能分析

【背景】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的真菌病原,可引起成年蜜蜂数量和蜂群群势的急剧下降。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类新近发现的非编码RNA,在表观遗传、细胞周期、剂量补偿等众多生命活动中发挥重要生物学功能。【目的】明确球囊菌菌丝和孢子中lncRNA的数量、种类和表达谱差异,并探究共有lncRNA、特有lncRNA和差异表达lncRNA(differentially expressed lncRNA,DElncRNA)在菌丝与孢子中的潜在功能。【方法】利用基于链特异性建库的lncRNA-seq技术对球囊菌的纯化菌丝(AaM)和纯化孢子(AaS)分别进行测序。根据FPKM(Fragment Per Kilobase of per Million mapped reads)法计算lncRNA在AaM和AaS中的表达水平。通过Venn分析筛选AaM与AaS的共有lncRNA和特有lncRNA。按照P≤0.05且|log2 fold change|≥1的标准筛选AaM vs AaS比较组中的DElncRNA。通过Blast工具将共有lncRNA、特有lncRNA和DElncRNA的上下游基因比对GO和KEGG数据库,以进行功能及通路注释。根据靶向结合关系构建共有lncRNA、特有lncRNA和DElncRNA的竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)调控网络并利用Cytoscape软件进行可视化。利用RT-qPCR验证测序数据的可靠性。【结果】AaM和AaS分别测得108614646和105675408条原始读段(raw reads),经严格过滤得到107780032和104621402条有效读段(clean reads),Q20分别为98.76%和98.72%,Q30分别达到95.84%和95.78%。共鉴定到850个lncRNA。AaM和AaS的共有lncRNA为701个,二者的特有lncRNA分别为39和110个。上述共有lncRNA通过顺式作用调控3992个上下游基因,它们涉及细胞进程、代谢进程和催化活性等42个功能条目,以及代谢途径、次生代谢物的生物合成和抗生素的生物合成等117条通路;AaM的特有lncRNA和AaS的特有lncRNA通过顺式作用分别调控243和672个上下游基因。AaM vs AaS比较组包含的255个DElncRNA通过顺式作用调控1479个上下游基因,它们涉及代谢进程、细胞进程和催化活性等41个功能条目,以及代谢途径、次生代谢产物的生物合成和抗生素的生物合成等107条通路。从共有lncRNA、孢子特有lncRNA和DElncRNA中分别预测到41、5和13个微小RNA(microRNA,miRNA)的前体序列。调控网络分析结果显示,菌丝lncRNA、孢子lncRNA形成较为复杂的ceRNA调控网络;菌丝lncRNA可靶向结合8个miRNA,进而调控77个mRNA;孢子lncRNA可靶向结合7个miRNA,进而调控87个mRNA;2个DElncRNA(TCONS00008630与TCONS00009302)可靶向结合miR-4968-y,进而调控10个mRNA。RT-qPCR验证结果显示4个DElncRNA的差异表达趋势与测序结果一致,表明测序数据真实可靠。【结论】共有lncRNA、特有lncRNA和DElncRNA可能通过调控上下游基因的表达,作为miRNA的前体,以及充当ceRNA影响菌丝和孢子的物质和能量代谢、自噬、转录、MAPK信号通路、泛素介导的蛋白水解、蛋白酶体以及次生代谢产物的生物合成等生物学过程,从而调节球囊菌的生长、发育、生殖和致病性。

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中全长转录本的差异表达分析

【目的】本研究旨在探究蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis(简称“球囊菌”)菌丝(Aam)和孢子(Aas)中的全长转录本与菌丝生长、孢子萌发以及有性生殖的相关性。【方法】将前期获得的Aam和Aas的Nanopore长读段测序数据中的有效读段与球囊菌参考基因组注释的已知转录本进行序列比对,获取全长转录本与已知转录本的对应信息。利用生物信息学方法对Aam和Aas的全长转录本进行差异表达、功能注释以及结构特征分析。【结果】Aam和Aas共有的全长转录本数量为19966条,特有的全长转录本数量分别为1273和2856条。Aas vs Aam比较组含有3230条差异表达转录本(differentially expressed transcripts,DETs),包含3072条上调和158条下调。GO功能注释结果显示,这些DETs涉及代谢进程、细胞、催化活性等GO条目。KEGG注释结果显示,这些DETs注释到内吞作用、MAPK信号通路、糖酵解/糖异生、碳代谢以及氨基酸的生物合成等相关通路。进一步分析发现,部分全长转录本的剪接异构体在Aam和Aas中具有不同的表达量和结构。【结论】本研究发现球囊菌在菌丝和孢子两个不同阶段伴随着转录本表达量和结构的变化,研究结果为深入探究不同剪接异构体在球囊菌的菌丝生长、孢子萌发和有性生殖中的分子功能提供了理论依据和数据基础。

中华蜜蜂6日龄幼虫响应蜜蜂球囊菌侵染的长链非编码RNA应答研究

【目的】本研究旨在探究长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)6日龄幼虫应答蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)侵染过程中的差异表达谱及调控作用。【方法】利用链特异性cDNA建库的RNA-seq技术对未被侵染及球囊菌侵染的中蜂6日龄幼虫肠道(AcCK和AcT)进行深度测序。通过相关生物信息学软件分析lncRNA的结构特征和表达谱。筛选并分析差异表达lncRNA(differentially expressed lncRNA,DElncRNA)的顺式(cis)作用及竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)调控网络。采用RT-qPCR验证测序数据及DElncRNA差异变化趋势的可靠性。【结果】AcCK和AcT共预测出642个已知lncRNA和487个新lncRNA。与蛋白编码基因相比,上述中蜂lncRNA外显子数更少、长度更短且表达量更低。43个antisense lncRNA与40个正义链mRNA之间互补配对。AcCK和AcT比较组包含367个上调lncRNA和268个下调lncRNA。有194个DElncRNA潜在调控461个上下游基因,并涉及细胞进程、代谢进程和催化活性等38个功能条目以及氨基酸代谢、内吞作用和MAPK等191条通路。此外,有180个DElncRNA可靶向结合50个DEmiRNA,进而调控6365个mRNA;三者之间形成较为复杂的ceRNA调控网络。【结论】中蜂6日龄幼虫肠道的部分lncRNA可作为antisense lncRNA参与应答球囊菌侵染;部分DElncRNA可通过cis作用调节物质代谢和免疫途径相关的上下游基因,从而介导宿主的侵染应答;TCONS_00010661和TCONS_00003104等DElncRNA可通过ceRNA网络调控Jak-STAT和氧化磷酸化等通路及富集基因,进而参与宿主的侵染应答。

基于第三代长读段测序数据解析蜜蜂球囊菌基因的可变剪切与可变腺苷酸化

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的真菌病原,导致的白垩病是严重影响养蜂生产的顽疾,每年给养蜂业造成较大损失。本研究旨在基于已获得的第三代长读段测序数据对球囊菌菌丝(Aam)和孢子(Aas)中基因的可变剪切(alternative splicing,AS)和可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)进行深入分析。【方法】利用Astalavista软件鉴定Aam和Aas中基因的AS事件类型。利用IGV浏览器对部分剪切异构体(isoform)的结构进行可视化。通过TAPIS pipeline对Aam和Aas中基因的APA位点进行鉴定。通过MEME软件对Aam和Aas中全长转录本的APA位点上游50bp的序列特征进行分析并对motif进行鉴定。【结果】在Aam中共鉴定到286次AS事件,包括162次RI(Retained intron),87次A3(Alternative 3'splice-site)、32次A5(Alternative 5'splice-site)和5次SE (Skipping exon);在Aas中共鉴定到559次AS事件,包括305次RI、155次A3、85次A5、13次SE和1次MEE (Mutually exclusive exon)。进一步分析发现,现有参考基因组上的多数注释基因结构并不完整;部分注释基因在菌丝和孢子中转录形成的isoform在数量和结构方面均存在差异;部分isoform在参考基因组中没有对应的注释基因。Aam中共鉴定到2748个基因含有1个及以上的APA位点,其中含有1个APA位点的基因数量最多(726,26.42%);Aas中共鉴定到2768个基因含有1个及以上的APA位点,其中含有5个以上APA位点的基因数量最多(1180,42.63%)。部分基因在菌丝和孢子中含有不同的APA位点数。序列特征分析结果显示,球囊菌全长转录本的3'UTR的上下游表现出明显的碱基倾向性,U和A分别富集在3'UTR的上游和下游。此外,在球囊菌全长转录本的APA位点上游鉴定到4个motif,分别是UCUCCU、UCUUCU、CCCACC和CCCCCU。【结论】本研究通过对球囊菌菌丝和孢子中基因的AS和APA进行深入分析,揭示了球囊菌转录组的复杂性,为完善现有的基因组和转录组注释提供了宝贵信息,也为探究AS和APA在球囊菌的基因表达调控中的作用提供了关键基础。

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中环状RNA的鉴定及比较分析

【目的】本研究旨在明确蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)菌丝和孢子中环状RNA(circular RNA,circRNA)的数量、种类和表达谱差异,并探讨共有circRNA、特有circRNA和差异表达circRNA(differentially expressed circRNA,DEcircRNA)在菌丝与孢子中的潜在作用。【方法】基于前期获得的球囊菌菌丝(AaM)和孢子(AaS)的高质量RNA-seq数据,利用find_circ软件预测circRNA。通过Venn分析筛选AaM和AaS的共有circRNA和特有circRNA。根据P≤0.05且|log2 fold change|≥1的标准筛选AaM vs.AaS比较组的DEcircRNA。通过比对GO和KEGG数据库对circRNA的来源基因进行功能和通路注释。利用TargetFinder软件预测circRNA靶向结合的miRNA及miRNA靶向结合的mRNA。采用Cytoscape软件对竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)调控网络进行可视化。通过RT-qPCR对DEcircRNA进行验证。【结果】AaM和AaS中分别含有13210156和19011000条短序列读段(anchors reads),其中分别有6124922和11392886条能够比对上球囊菌参考基因组。在AaM和AaS中分别鉴定到1868个和2225个circRNA,二者共有的circRNA为1098个,AaM的特有circRNA为770个,AaS的特有circRNA为1127个。AaM和AaS的circRNA长度主要介于1000–2000 nt,基因间区circRNA为主要环化类型。AaM vs.AaS比较组包含456个上调circRNA和97个下调circRNA。共有circRNA的来源基因可注释到29个功能条目和14类通路;AaM的特有circRNA的来源基因可注释到31个功能和17类通路;AaS的特有circRNA的来源基因可注释到34个功能条目和16类通路;DEcircRNA的来源基因可注释到29个功能条目和40条通路。调控网络分析结果显示,36个共有circRNA靶向4个miRNA进而调控6个与内吞作用通路相关的靶mRNA;4(255)个AaM(AaS)的特有circRNA靶向2(2)个miRNA进而调控8(2)个次级代谢产物生物合成通路相关的靶mRNA;9个DEcircRNA靶向2个DEmiRNA进而调控3个MAPK信号通路相关的DEmRNA。RT-qPCR结果显示10个DEcircRNA的表达趋势与测序数据一致,证实了测序数据的可靠性。【结论】球囊菌菌丝和孢子的共有circRNA、特有circRNA和DEcircRNA可能通过调控来源基因表达和充当ceRNA的方式调节球囊菌的物质和能量代谢、内吞作用、次级代谢产物生物合成和MAPK信号通路,进而影响球囊菌菌丝生长、孢子萌发和致病性。