胁迫意大利蜜蜂幼虫肠道的球囊菌的转录组分析

【目的】本研究旨在通过趋势分析对胁迫意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称意蜂)幼虫肠道的球囊菌Ascosphaera apis的差异表达基因(DEGs)进行转录组分析。【方法】将纯化的球囊菌孢子配制为1×107孢子/m L的饲料饲喂意蜂3日龄幼虫,利用Illumina Hi Seq 2500平台对球囊菌胁迫的意蜂幼虫肠道c DNA进行测序,将过滤得到的有效读段(clean reads)映射(mapping)到核糖体数据库及意蜂参考基因组,最后将未映射上的reads映射到本课题组组装并注释的球囊菌参考转录组。利用STEM软件对DEGs进行趋势分析。利用WEGO软件对显著表达模式中的DEGs进行GO富集分析。利用Blastall对显著表达模式中的DEGs进行KEGG代谢通路富集分析。最后,通过对随机选取的6个DEGs进行RT-q PCR分析,对RNA-seq数据进行验证。【结果】球囊菌胁迫意蜂幼虫肠道样品的Illumina测序共得到球囊菌的25 454 076条原始读段(raw reads),经过滤得到24 909 820条clean reads,Q30均在93.46%以上。趋势分析结果显示,19 893个DEGs聚类为8个表达模式,其中有12 151个DEGs聚类为3个表现为显著上调趋势的表达模式。GO富集分析结果显示,表现上调趋势的DEGs富集在40个GO term,富集基因数最多的为细胞进程(cellular process)(2 601 unigenes),其次为代谢进程(metabolic process)(2 553 unigenes)和细胞(cell)(2 522unigenes)。KEGG代谢通路富集分析结果显示,上调趋势中的DEGs富集在119个代谢通路上,其中富集基因数最多的是核糖体(ribosome)(213 unigenes),其次为氨基酸生物合成(biosynthesis of amino acids)(154 unigenes)和内质网蛋白加工(protein processing in endoplasmic reticulum)(130unigenes)。共有48个DEGs富集在MAPK信号通路上,聚类分析结果显示,这些DEGs随着胁迫时间的延长表达水平逐渐增强。RT-q PCR结果显示,6个DEGs的表达水平变化趋势与RNA-seq数据一致,证明了本研究中的转录组数据真实可靠。【结论】本研究为在分子水平揭示球囊菌的致病机理提供了重要信息,也为阐释球囊菌胁迫意蜂幼虫过程中的病原-宿主互作机制奠定了基础。     

中华蜜蜂6日龄幼虫肠道响应球囊菌胁迫的差异表达基因分析

蜜蜂球囊菌特异性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病,严重危害养蜂生产。本研究利用RNA-seq技术对健康及球囊菌胁迫的中蜂幼虫肠道进行深度测序,进而对宿主的差异表达基因进行深入分析。本研究中,幼虫肠道样品的RNA-seq共得到191167730条原始读段(raw reads),经过滤得到186284296条有效读段(clean reads),差异表达基因(DEG)分析结果显示上调与下调基因的数量分别为4513和385个。Gene ontology(GO)富集分析结果显示,上调基因富集在45个GO条目(term),富集基因数最多的是细胞进程、代谢进程及催化活性,下调基因富集在32个GO term,富集基因数最多的是代谢进程、单组织进程及催化活性,KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果显示上调基因富集在193个pathway,其中富集基因数最多的是核糖体、氨基酸的合成、碳代谢。下调基因富集在59个pathway,其中富集基因数最多的是甘氨酸、碳代谢以及二羧酸代谢。深入分析发现宿主的细胞免疫被显著激活,体液免疫中的Toll-like与Jak-STAT信号通路也被球囊菌所激活。研究结果为揭示中蜂幼虫在球囊菌入侵后期的胁迫应答机制提供了重要的信息,也为解析中蜂幼虫的球囊菌抗性机制奠定了基础。     

意大利蜜蜂幼虫肠道响应球囊菌早期胁迫的转录组学分析

【目的】球囊菌特异性地侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病,该病造成成年蜜蜂数量的大幅下降,从而严重影响蜂蜜等产品的产量。目前,尚无利用二代测序技术研究白垩病的报道。本研究利用RNA-seq技术对正常及球囊菌胁迫后的意大利蜜蜂4日龄幼虫肠道进行深度测序,为解析宿主响应球囊菌胁迫的应答机制提供了重要的参考信息。【方法】利用Illumina Hiseq2500平台对对照组(AmCK)和处理组(AmT)幼虫肠道进行双端(PE125)测序;利用Perl脚本进行下机数据过滤;利用R软件进行测序饱和度分析、计算各样品之间的相关性系数;利用SOAP aligner/soap2软件将未比对上核糖体的读段(Reads)比对到意大利蜜蜂参考基因组;基于GO数据库和KEGG数据库进行GO分类和KEGG代谢通路(Pathway)富集分析。【结果】RNA-seq共得到181 096 194条原始读段(Raw reads),经过滤得到179078764条有效读段(Clean reads)。差异表达基因(DEGs)分析结果显示上调与下调基因的数量分别为4和20个。DEG的基因本体论(Gene ontology,GO)分析结果显示,这些DEGs分布于10个GO分类,除归入结合(Binding)的基因和催化活性(Catalytic activity)的部分基因外,绝大多数GO分类上的基因均表现为下调。DEGs的KEGG代谢通路分析结果显示各有1个DEG分别富集在核糖体和氧化磷酸化且均下调表达。【结论】本研究揭示了意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌入侵早期的胁迫应答,为解析宿主响应球囊菌胁迫的应答机制奠定了基础。     

中华蜜蜂幼虫肠道响应球囊菌胁迫的microRNA应答分析

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种能够侵染中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫的致死性真菌病原。微小RNA(microRNA,miRNA)可通过在转录后水平靶向抑制或降解mRNA而参与宿主与病原互作过程。本研究旨在对球囊菌胁迫的中蜂6日龄幼虫肠道的差异表达miRNA(DEmiRNA)及其靶基因进行深入分析,进而揭示DEmiRNA在中蜂响应球囊菌胁迫应答过程中的作用。【方法】利用Illumina MiSeq平台对正常及球囊菌胁迫的中蜂6日龄幼虫肠道(AcCK和AcT)进行测序,通过相关生物信息学软件预测DEmiRNA及其靶基因。通过Blast将靶基因注释到GO和KEGG数据库。利用Cytoscape软件构建DEmiRNA与其靶mRNA的调控网络。通过Stem-loop RT-PCR和qPCR验证测序数据的可靠性。【结果】本研究共预测出537个miRNA,其长度分布介于16–35 nt之间,且不同长度的miRNA首位碱基偏向性差异明显。通过Stem-loop RT-PCR证实了10个novel miRNA的表达。AcCK vs AcT比较组共有54个DEmiRNA,包含31个上调和23个下调miRNA,可分别靶向结合6170和8199个靶基因。GO分类结果显示上调和下调miRNA的靶基因分别涉及47和47个条目,富集基因数最多的皆为结合细胞进程和催化活性。KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果表明上调和下调miRNA的靶基因分别富集在134和126条pathway,富集基因数最多的均为内吞作用和内质网中的蛋白质加工。调控网络分析结果表明,DEmiRNA及其靶mRNA形成十分复杂的调控关系;31个DEmiRNA可靶向结合51个与泛素介导的蛋白水解相关的mRNA,18个DEmiRNA可靶向结合14个与Jak-STAT信号通路相关的mRNA;miR-1277-x、miR-26-x、miR-27-y、miR-30-x、miR-6052-x等16个miRNA共同参与了上述两条免疫通路的调控。最后,随机挑选3个DEmiRNA进行qPCR验证,结果证明了测序数据的可靠性。【结论】本研究提供了中蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示了球囊菌与宿主之间在miRNA组学水平存在复杂的互作。miR-6052-x和miR-1277-x作为调控网络的核心可能通过影响细胞凋亡参与宿主的免疫防御,miR-26-x和miR-30-x可能通过调控Jak-STAT信号通路参与宿主的胁迫应答。本研究筛选出的关键DEmiRNA有望作为治疗白垩病的分子靶标。     

意大利蜜蜂幼虫肠道内球囊菌及其纯培养的高表达基因差异分析

【背景】球囊菌是一种典型的蜜蜂真菌性病原,特异性地侵染蜜蜂幼虫。目前,有关球囊菌在侵染过程中的基因表达规律的信息极为有限。【目的】通过深入分析胁迫意大利蜜蜂(意蜂)幼虫肠道的球囊菌及其纯培养的高表达基因(HEGs)差异,探索球囊菌在胁迫意蜂幼虫肠道后期与胁迫前的基因表达规律。【方法】利用RNA-Seq技术对球囊菌胁迫的意蜂6日龄幼虫肠道(Aam T)及球囊菌纯培养(AaCK)进行深度测序,根据FPKM值筛选得到球囊菌的HEGs,进而通过GO(Gene ontology)及KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析、Venn分析对上述HEGs进行功能预测和生物学意义挖掘。【结果】AaCK与Aam T的转录组测序共得到105 447 578条原始读段(Raw reads),经过滤得到88 466 344条有效读段(Clean reads),两端平均Q20为97.50%,平均Q30为93.81%。GO富集分析结果显示,AaCK的HEGs富集于26个GO terms,基因富集数最多的是细胞(22 Unigenes),其次是细胞组件(22 Unigenes)和代谢过程(21 Unigenes);Aam T的HEGs富集于22个GO terms,基因富集数最多的是催化活性(23 Unigenes),其次是细胞进程(18 Unigenes)和代谢过程(18 Unigenes)。KEGG代谢通路(Pathway)富集分析显示,AaCK的HEGs富集在109个Pathways上,基因富集数最多的是核糖体(179 Unigenes),其次是氨基酸生物合成(70Unigenes)和碳代谢(62 Unigenes);Aam T的HEGs富集在114个Pathways上,基因富集数量最多的是核糖体(178 Unigenes),其次是碳代谢(116 Unigenes)和氧化磷酸化(112 Unigenes)。Venn分析结果显示,AaCK与Aam T共有的HEGs有260个,二者特有的HEGs分别为2 161个和4 445个。【结论】提供了胁迫意蜂6日龄幼虫肠道的球囊菌及其纯培养的HEGs表达谱,揭示了球囊菌在胁迫前和胁迫后期的基因表达规律,也为阐明球囊菌致病的分子机理提供了有益的信息和线索。     

意大利蜜蜂哺育蜂学习记忆相关基因的转录组学分析

【目的】筛选与意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica哺育蜂学习记忆密切相关的基因。【方法】在人工组建意大利蜜蜂蜂群中收集10日龄哺育蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂,通过喙伸反应(proboscis extension reflex, PER)实验测定这3组样本之间学习记忆能力的差异。利用RNA-seq技术对具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中基因表达量进行全面分析,筛选出与哺育蜂学习记忆密切相关的差异表达基因(DEGs),并对这些差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。qPCR检测随机选取的3个DEGs(上调基因TpnCⅢa和MED23以及下调基因Pkc)在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达量。【结果】PER实验结果显示,经过5次训练后,意大利蜜蜂21日龄哺育蜂的学习能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的学习能力无显著差异;同样地,21日龄哺育蜂的记忆能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的记忆能力无显著差异。RNA-seq分析筛选到88个与哺育蜂学习记忆密切相关的DEGs,其中18个上调表达,70个下调表达。GO富集结果显示,上调DEGs在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在信号转导、蛋白质加工修饰相关;下调DEGs也是在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在转录、信号转导、蛋白质生物合成相关,其中显著性富集在转录相关。KEGG富集结果显示,下调DEGs显著性富集在吞噬、光转导、AGE-RAGE信号通路。qPCR结果显示差异表达基因TpnCⅢa,MED23和Pkc在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达水平的变化趋势与RNA-seq数据中的变化趋势一致。【结论】PER实验表明日龄是影响意大利蜜蜂哺育蜂的学习和记忆能力的重要因素;同时本研究获得学习后哺育蜂脑部的基因表达变化趋势和富集分析,为深入研究哺育蜂学习记忆的分子机制奠定了重要的理论基础。     

意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达微小RNA及其靶基因分析

【目的】蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis(简称球囊菌)是一种特异性侵染蜜蜂幼虫肠道的致死性真菌病原。微小RNA(microRNA,mi RNA)是一种在转录后水平对m RNA进行负调控的关键调控因子。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后期的差异表达mi RNAs(DEmiRNAs)及其靶基因进行深入分析,为揭示DEmiRNAs在胁迫应答中的作用提供重要信息。【方法】利用small RNA-seq(s RNA-seq)技术对正常及球囊菌侵染的意蜂6日龄幼虫肠道(分别表示为Am CK和Am T)进行测序,通过相关生物信息学软件对DEmiRNAs进行预测和分析。利用TargetFinder软件预测DEmiRNAs的靶基因,然后利用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库的功能注释。通过Cytoscape软件构建DEmiRNAs与其靶m RNAs的调控网络。通过茎环实时荧光定量PCR(stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】Am CK和Am T的测序分别得到9 230 496和10 823 667条有效序列标签; Am CK vs Am T比较组中包含15个上调和6个下调mi RNAs,分别结合3 503和3 252个靶基因,它们可分别注释到40和39个GO terms以及104和99条代谢通路;进一步分析发现调控网络中的17个DEmiRNAs靶向结合116个与丝氨酸蛋白酶相关的m RNAs,14个DEmiRNAs靶向结合54个与泛素介导的蛋白水解相关的m RNAs。Stem-loop RT-qPCR验证结果显示随机选择的4个DEmiRNAs (mi R-251-x,mi R-9277-y,mi R-1672-x和mi R-4968-y)的表达量变化趋势与测序结果一致,表明测序数据真实可信。【结论】本研究率先对意蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的DEmiRNAs及其靶基因进行预测与分析,提供了mi RNAs的表达谱和差异表达信息。ame-miR-927b,mi R-429-y和mi R-8440-y等DEmiRNAs可能参与对丝氨酸蛋白酶的调控和对泛素介导的蛋白水解的调控,DEmiRNAs与靶基因之间存在复杂的调控网络关系。DEmiRNAs可参与到意蜂幼虫肠道与球囊菌间的互作。     

低温胁迫下意大利蜜蜂预蛹的差异表达基因趋势分析

【目的】蜜蜂是典型的具有发育狭温性的全变态昆虫。本研究以对低温最敏感的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica预蛹为研究对象,通过低温胁迫不同时间的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)趋势分析,探讨低温胁迫对蜜蜂发育影响的关键基因。【方法】对3日龄意大利蜜蜂封盖子预蛹进行20℃低温胁迫18 h(T18)和36 h(T36),以未经低温胁迫的预蛹为对照(CK),通过Illumina HiSeq~(TM)平台进行转录组学测定。利用Short Time-series Expression Miner(STEM)软件对2个处理组与对照组比较共有的差异表达基因进行趋势分析,再进一步对显著富集趋势模式中富集的差异表达基因进行GO分类和KEGG pathway分析。利用RT-qPCR对随机挑选的5个DEGs的表达模式进行验证。【结果】对检测到1 062个T18 vs CK和T36 vs CK共有的DEGs进行趋势分析,发现3个显著的基因表达模式,包括2个上调表达模式(Profile 6,有539个基因;Profile 7,有271个基因),1个下调表达模式(Profile 1,有183个基因)。对3个显著富集趋势模式DEGs分别进行GO富集分析和KEGG pathway分析,在Profile 6中找到同时富集在FoxO信号通路和寿命调节信号通路上的胰岛素样肽基因ILP和叉头蛋白O基因FoxO持续上调,说明低温胁迫会影响蜜蜂预蛹蜕皮激素信号传递;在Profile 7中CREB结合蛋白基因CBP持续上调,蜜蜂预蛹受到低温胁迫会影响细胞发育;在Profile 1中细胞色素P450基因CYP450 306a1 (phm)和WNT1显著下调,说明化蛹时受到低温胁迫会影响蜕皮激素的合成。通过RT-qPCR分析挑选的5个基因的表达结果和高通量测序结果一致。【结论】通过对蜜蜂响应低温胁迫的差异表达基因趋势分析发现,蜜蜂胰岛素和蜕皮激素共同调控的FoxO可能是低温胁迫抑制蜜蜂化蛹的一个关键基因。本研究为探索低温胁迫影响蜜蜂发育变态的分子调控机制奠定了基础。     

中华蜜蜂6日龄幼虫响应蜜蜂球囊菌胁迫的环状RNA应答

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)专性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病,危害蜜蜂健康和养蜂生产。本研究旨在探究中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂) 6日龄幼虫响应球囊菌胁迫的环状RNA(circular RNA,circRNA)差异表达谱及差异表达circRNA (differentially expressed circRNA,DEcircRNA)在宿主胁迫应答中的潜在功能。【方法】利用去除线性RNA的circRNA-seq技术对正常和球囊菌侵染的中蜂6日龄幼虫肠道(AcCK和AcT)进行测序。利用find_circ软件鉴定circRNA,统计circRNA的长度和环化类型。根据|log_2(Fold change)|≥1和P≤0.05的标准筛选DEcircRNA。将DEcircRNA的来源基因比对Gene ontology (GO)数据库和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)数据库,从而获得功能及通路(pathway)注释。随机挑选3个DEcircRNA进行RT-qPCR验证。【结果】AcCK和AcT的circRNA-seq分别得到76342570和68269362条原始读段(raw reads),经严格质控得到74524108和66974392条有效读段(clean reads),Q30分别为92.75%和94%,GC含量分别为54.31%和54.90%。比对上东方蜜蜂(Apis cerana)参考基因组的短序列读段(anchor reads)共计23648400条。AcCK和AcT中分别鉴定到805和702个circRNA,长度均介于201–1000 nt,数量最多的环化类型均为已注释外显子circRNA,但分布在不同长度、不同环化类型的circRNA数量存在差异。AcCK vs AcT比较组共有494个DEcircRNA,包括257个上调circRNA和237个下调circRNA;上调和下调幅度最大的circRNA分别为novel_circ_000123和novel_circ_000726。上述DEcircRNA的来源基因可注释到11条生物学进程相关条目,9条分子功能相关条目,9条细胞组分相关条目,以及73条通路。进一步分析发现,部分DEcircRNA的来源基因注释到7条细胞免疫通路和3条体液免疫通路。【结论】中蜂6日龄幼虫响应球囊菌胁迫的过程中可能通过改变分布在不同长度和环化类型的circRNA数量,以及特异性表达一些circRNA和调节部分circRNA的表达量对病原产生应答;novel_circ_000027、novel_circ_000127、novel_circ_000312等DEcircRNA在宿主的胁迫应答过程中可能通过调控氧化磷酸化、细胞和体液免疫等通路发挥特殊作用。研究结果为深入理解中蜂幼虫对球囊菌的胁迫应答机制及二者的相互作用机制提供了新见解。     

西方蜜蜂工蜂蛹中期响应低温胁迫的差异表达基因分析

【目的】本研究旨在分析西方蜜蜂Apis mellifera工蜂蛹中期可能存在的低温应对机制以及低温对中期蛹发育的不利影响。 【方法】对西方蜜蜂工蜂8 d封盖子进行低温(20℃)处理96 h(T),以未经低温胁迫的8 d封盖子为对照(CK),通过转录组测序(RNA-seq)并筛选差异基因(differentiallyexpressed genes, DEGs);对DEGs进行GO分类和KEGG通路分析。利用RT-qPCR对随机选取的5个DEGs的表达量进行验证。【结果】西方蜜蜂8 d封盖子低温(20℃)胁迫96 h的DEGs有1 101个;GO分类发现DEGs富集数最多的条目为代谢过程(142个DEGs)和细胞过程(142个DEGs),其次是结合(131个DEGs),催化活性(120个DEGs)和单有机体过程(118个DEGs);KEGG通路分析结果显示,DEGs显著富集于与氧化损伤密切相关的过氧化物酶体通路、D-谷氨酰胺代谢通路、D-谷氨酸代谢通路和谷胱甘肽代谢通路;此外,与激素调控相关的昆虫激素代谢通路、mTOR信号通路和FOXO信号通路上也有DEGs显著富集。随机挑选的5个DEGs的RNA-Seq与RT-qPCR结果一致。【结论】本研究发现低温状态下西方蜜蜂中期蛹主要通过体内激素调控发育进程,使其减速或停止发育以应对低温;低温通过影响其抗氧化酶表达量进而可能积累氧化损伤,从而对羽化后蜜蜂产生影响。本研究结果有助于理解发育阶段温度生态幅狭窄的昆虫对于低温的应对机制及低温对其的不利影响。     

LncRNA13164通过ace-miR-4968-y调节中华蜜蜂幼虫对蜜蜂球囊菌侵染的免疫应答

【目的】长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)可通过竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ce RNA)等多种方式发挥重要的调控作用,但蜜蜂lncRNA的功能研究至今依然缺失,lncRNA在蜜蜂免疫应答中的作用尚不清楚。本研究旨在揭示中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫响应蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)侵染的免疫应答中lncRNA的调控功能及作用机制。笔者团队前期通过深度测序和生物信息学分析发现,lncRNA13164与ace-miR-4968存在靶向关系且潜在参与在中蜂幼虫对蜜蜂球囊菌侵染的应答。【方法】利用实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测蜜蜂球囊菌接种后中蜂幼虫肠道内lncRNA13164的表达谱。采用ILoc-Lnc RNA软件预测lncRNA13164的亚细胞定位。联用RNAhybrid、Miranda和Target Scan软件预测lnc...     

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。     

侵染中华蜜蜂6日龄幼虫的蜜蜂球囊菌的微小RNA差异表达谱及调控网络

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaeraapis,简称球囊菌)是专性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。MicroRNA(miRNA)作为一类重要的基因表达调控因子,能够广泛参与真菌及其宿主的相互作用过程。本研究通过比较分析球囊菌孢子(AaCK)和侵染中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂) 6日龄幼虫肠道内的球囊菌(AaT)的smallRNA(sRNA)组学数据对球囊菌的差异表达miRNA(differentiallyexpressed miRNA,DEmiRNA)、靶mRNA及二者间的调控网络进行全面解析,旨在揭示miRNA介导的球囊菌对中蜂幼虫的侵染机制。【方法】对于球囊菌侵染的中蜂6日龄幼虫肠道的small RNA-seq (sRNA-seq)数据,利用BLAST工具连续比对东方蜜蜂(Apiscerana)和球囊菌的参考基因组筛滤得到AaT的sRNA组学数据。分别将AaCK和AaT的sRNA组学数据比对miRBase数据库,对球囊菌侵染宿主前后miRNA的数量和结构特征进行分析。联用RNAhybrid+svm_light、Miranda和TargetScan软件预测AaCK vs AaT比较组中DEmiRNA的靶mRNA,进而利用相关生物信息学软件对上述靶mRNA进行GO分类和KEGG代谢通路富集分析。通过Cytoscape软件对DEmiRNA-mRNA调控网络进行可视化。利用Stem-loop RT-PCR、RT-qPCR和分子克隆验证测序结果的可靠性。【结果】在AaCK和AaT中分别鉴定到380和387个miRNA。结构特征分析结果显示,AaCK和AaT的mi RNA皆集中分布在18–25 nt,且首位碱基主要偏向于U。AaCKvsAaT比较组共有270个DEmiRNA,包含155个上调miRNA和115个下调miRNA,分别靶向结合6091和6145个mRNA。GO分类结果显示,上述靶mRNA主要涉及代谢进程、细胞进程、应激反应等15个生物学进程;细胞、细胞组分、细胞器等12个细胞组分;催化活性、结合、转运子活性等11个分子功能。KEGG代谢通路富集分析结果显示,上述靶mRNA富集在123条代谢通路,参与对氨基酸代谢、碳水化合物代谢以及核苷酸代谢等物质代谢,氧化磷酸化、硫代谢、氮代谢等能量代谢,以及MAPK和Hippo等信号通路的调控。球囊菌DEmiRNA与靶mRNA之间存在复杂的调控关系,其中miR-29-x、miR-250-x、miR-4968-y、miR-11200-x、novel-m0023-5p、novel-m0130-5p和novel-m0135-5p等DEmiRNA可靶向结合与球囊菌的半胱氨酸蛋白酶、DNA甲基化转移酶以及几丁质酶相关的mRNA;此外,miR-7-x、miR-9-z、miR-319-y和miR-5951-y等同时参与调控MAPK信号通路;进一步分析发现,miR-250-x同时参与对DNA甲基化转移酶、MAPK信号通路及其他酶类合成与代谢途径的调控,并可能参与球囊菌与中蜂6日龄幼虫之间的跨界调控。通过Stem-loopRT-PCR和RT-qPCR验证了4个DEmiRNA的差异表达,并利用分子克隆和Sanger测序证实miR-7-x的序列与测序结果一致。【结论】本研究解析了侵染中蜂6日龄幼虫的球囊菌的miRNA差异表达谱及DEmiRNA的调控网络,揭示了球囊菌DEmiRNA可能通过调控病原的物质和能量代谢、增殖、毒力、信号通路及相关mRNA参与对中蜂幼虫的侵染过程。miR-7-x、miR-250-x、novel-m0023-5p等关键DEmiRNA有望作为白垩病治疗的新型分子靶点。     

意大利蜜蜂工蜂幼虫nkd基因的生物信息学分析及功能研究

【目的】意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)是西方蜜蜂(Apis mellifera)的亚种之一。蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)侵染意蜂幼虫导致白垩病。本研究对西方蜜蜂裸表皮蛋白(naked cuticle, Nkd)进行保守基序预测和系统进化分析,并通过RNAi明确nkd基因对意蜂工蜂幼虫体重及宿主响应蜜蜂球囊菌胁迫的免疫应答的影响,以期丰富西方蜜蜂基因nkd的信息,并揭示意蜂幼虫nkd的功能。【方法】通过MEME软件预测西方蜜蜂和其他9个物种Nkd蛋白的保守基序。采用MEGA X软件对西方蜜蜂及其他9个物种的Nkd蛋白进行系统进化分析。通过饲喂dsRNA对意蜂幼虫肠道内的nkd进行RNAi。使用电子天平对幼虫进行称重。利用RT-qPCR检测nkd基因的干扰效率及免疫基因的相对表达量。【结果】西方蜜蜂与东方蜜蜂、柑橘凤蝶、家蚕和金凤蝶的Nkd蛋白均含有3个保守基序(motif 1、motif 2 和motif 3),说明上述5个昆虫物种的Nkd具有较高的保守性。西方蜜蜂与东方蜜蜂的Nkd蛋白聚为一支,说明二者的亲缘关系近。与dsRNA-egfp组相比,dsRNA-nkd组5日龄和6日龄幼虫肠道内nkd的表达量均极显著下调(P<0.001),干扰效率分别为49.60%和56.40%。另外,dsRNA-nkd组幼虫体重较dsRNA-egfp组显著下降,说明nkd显著影响幼虫体重。RT-qPCR结果显示,4日龄幼虫肠道内abaecin、apidaecin、birc5、defensin-1和PGRP-S2均被激活表达;5日龄幼虫肠道内abaecin、apidaecin、birc5和defensin-1均被激活表达,PGRP-S2的表达受到抑制;6日龄幼虫肠道内abaecin被激活表达,而apidaecin、birc5、defensin-1和PGRP-S2的表达均受到抑制,说明上述5个免疫基因在宿主响应胁迫的过程中呈不同的表达趋势,均参与宿主的免疫应答,nkd与abaecin和apidaecin的表达存在负向调控关系。【结论】西方蜜蜂的Nkd蛋白含有3个保守基序(motif 1、motif 2和motif 3),西方蜜蜂与东方蜜蜂的Nkd蛋白亲缘关系最近,通过饲喂dsRNA能有效干扰意蜂工蜂幼虫肠道内nkd表达,nkd影响意蜂工蜂幼虫体重及宿主对蜜蜂球囊菌胁迫的免疫应答。     

蜜蜂球囊菌的microRNA鉴定及其调控网络分析

【目的】本研究利用small RNA-seq技术对球囊菌的纯培养进行测序,对球囊菌的micro RNAs miRNAs)进行预测、鉴定和分析,进而构建miRNAs-mRNAs的调控网络。【方法】利用Illumina Hiseq Xten平台对球囊菌菌丝与孢子进行测序,通过相关生物信息学软件对球囊菌的miRNAs进行预测和分析,通过茎环(Stem-loop)PCR对部分miRNAs进行鉴定,利用Cytoskype软件构建miRNAs-mRNAs的调控网络。【结果】本研究共获得48268696条clean reads,预测出118个球囊菌的miRNAs,它们的长度分布介于18–25 nt之间,不同长度的mi RNA的首位碱基偏好性差异明显。Stem-loop PCR验证结果显示共有10个miRNAs能够扩增出符合预期的目的片段,说明多数miRNAs可能真实存在。共预测出6529个球囊菌miRNAs的靶基因,其中5725个能够注释到Nr、Swissprot、KOG、GO和KEGG数据库。进一步分析结果显示有24个靶基因注释在MAPK信号通路。Cytoskype软件分析结果显示球囊菌的miRNAs与mRNAs之间存在复杂的调控网络,绝大多数的miRNAs处于调控网络的内部且同时结合多个mRNAs。【结论】本研究率先对球囊菌的miRNAs及miRNAs-mRNAs调控网络进行全面分析,研究结果丰富了对球囊菌miRNAs的认识,为其基础生物学信息提供了有益补充,也为阐明球囊菌致病的分子机理打下了一定基础。     

生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的基因转录谱分析

【目的】探究生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的差异基因表达情况,为今后研究生物膜形成调控机制提供基因信息。【方法】以非生物膜形成条件下为参照,采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序（RNA sequencing,RNA-seq）研究,分析生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的基因表达情况,并采用实时定量PCR （quantitative real-time PCR,qPCR）进行验证。【结果】本研究共获得979个差异显著性表达基因（differentially expressed gene,DEG）,其中下调基因379个,上调基因600个。基因本体（gene ontology,GO）分类分析结果显示,共有363个DEGs注释到分子功能、细胞组分和生物学过程3个一级分类和30个二级分类;京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）代谢途径分析结果显示,共有706个DEGs归到37个代谢通路中（Q value<0.05）,差异表达基因主要集中在细胞代谢和转运通路上;蛋白相邻类的聚簇（clusters of orthologous groups,COG）分类结果显示,有888个DEGs可归为20个类别,涉及DEGs最多的为氨基酸转运与代谢、一般功能预测基因、能量产生与转换以及未知功能基因。qPCR验证挑选的DEGs变化趋势均与RNA-seq的结果一致。此外,从转录组数据中共筛选出10个c-di-GMP代谢相关基因、1个侧生鞭毛蛋白基因（lafA）、13个极生鞭毛合成相关基因、6个荚膜多糖合成相关基因、6个胞外多糖合成相关基因、5个IV型菌毛合成相关基因、膜融合蛋白（membrane fusion protein,Mfp）基因（cpsQ-mfpABC）、14个III型分泌系统1（T3SS1）相关基因、14个Vp-PAI基因（1个tdh2和13个T3SS2基因）、3个VI型分泌系统1（T6SS1）相关基因、6个T6SS2基因、45个推定调控子基因和15个推定的外膜蛋白基因。【结论】生物膜形成引起副溶血弧菌基因表达谱发生明显变化,差异表达基因中包含生物膜形成相关基因、关键毒力基因和许多推定调控子基因等,这为后续研究生物膜形成调控机制提供重要信息。     

东方蜜蜂微孢子虫侵染过程中nce-miR-34537和靶基因PIP5KI的表达谱

【目的】本研究旨在对前期鉴定到的nce-miR-34537进行表达和序列验证,预测nce-miR-34537的靶基因并明确其分子特性,进而检测nce-miR-34537及其靶基因在东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)侵染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)工蜂过程的表达谱,为进一步探究nce-miR-34537调控东方蜜蜂微孢子虫侵染的功能和作用机制提供基础。【方法】通过Stem-loop-RT-PCR和Sanger测序验证nce-miR-34537的表达和序列。通过生物信息学软件预测nce-miR-34537的靶基因PIP5KI(I型磷脂酰肌醇4-磷酸-5-激酶基因)的理化性质等分子特性和保守基序,并构建基于氨基酸序列的系统进化树。采用RT-qPCR检测nce-miR-34537及其靶基因的表达谱。【结果】nce-miR-34537在东方蜜蜂微孢子虫孢子中真实存在和表达。nce-miR-34537共靶向PIP5KI等151个基因。PIP5KI蛋白的分子式为C₈₈₂H_{1 364}N₂₂₆     

不同盐度胁迫下杜氏盐藻全转录组测序及注释

【目的】通过对杜氏盐藻的转录组进行测序和基因功能分析,阐明不同浓度盐胁迫对杜氏盐藻生长发育以及不同信号途径的影响。【方法】分别获取9%NaCl浓度和24%NaCl浓度培养下的杜氏盐藻转录组并通过Illumina平台进行测序。将所得的序列进行拼接、去冗余处理。【结果】获得40682个unigenes,其中注释到NR数据库的10905个,注释到NT数据库的2768个,注释到SWISS-PROT数据库的7261个,注释到COG/KOG数据库的6499个。受到高盐胁迫的杜氏盐藻细胞相比低盐环境下,有717个基因表达上调,1012个基因表达下调。进一步对60个显著差异基因进行了功能聚类,发现盐胁迫诱导了光合作用途径的基因表达。【结论】杜氏盐藻通过提高光合作用基因表达增强耐盐性。该研究最大范围上挖掘了杜氏盐藻在高盐和低盐环境的基因转录水平,为深入揭示杜氏盐藻盐胁迫下基因差异表达提供了平台,并为进一步研究杜氏盐藻耐盐机理提供理论依据。     

NaCl胁迫下哈茨木霉ACCC32524的转录组和代谢组分析

【目的】通过分析NaCl胁迫下哈茨木霉(Trichoderma harzianum)ACCC32524转录组和代谢组数据,研究差异表达基因及次级代谢产物的变化情况,初步探索响应NaCl胁迫的分子机制。【方法】利用Illumina HiSeq XTen高通量测序平台完成0、0.4、0.6 mol/L NaCl浓度胁迫培养下哈茨木霉ACCC32524的转录组测序,GC-TOF-MS技术完成对0mol/L和0.6mol/LNaCl胁迫培养下的差异次级代谢产物检测,利用相关软件及数据库对差异表达基因(DEGs)和次级代谢产物的注释、筛选和分类,并进行RT-qPCR验证。【结果】本研究分别得到0.4 mol/L和0.6 mol/L NaCl胁迫下417和733条差异表达基因;GO富集分析显示,分别有318和582条差异表达基因注释到生物学过程、分子功能和细胞组分3个一级分类和40个二级分类;COG分类结果表明分别有232和414条转录本为20个类别,涉及差异表达基因最多的分别为氨基酸的转运和代谢、一般功能预测、碳水化合物的转运和代谢;KEGG代谢途径分析结果表明,分别有75和96条基因归到25个代谢通路中(P≤0.05),其中涉及差异基因最多的是氨基酸的生物合成和2-氧代羧酸代谢通路。从转录组数据中共筛选出与渗透调节、离子转运、活性氧清除等22个耐盐相关基因。0 mol/L和0.6 mol/L NaCl胁迫下的代谢组数据中共筛选出101个差异次级代谢产物,包括8种积累量上调和93种下调物质,其中36个得到定性,分属于糖类、有机酸和氨基酸等9个分类中。RT-qPCR验证挑选的差异表达基因的表达量变化,均与RNA-seq分析结果一致。【结论】NaCl胁迫下引起哈茨木霉ACCC32524基因及次级代谢产物发生明显变化,细胞代谢途径发生明显偏移,这些进程共同作用减少NaCl对细胞的毒害作用,为木霉菌的耐盐机理研究提供重要信息。