基于链特异性RNA测序技术的黄曲霉CA43的转录组学研究

发布时间：2016-08-19 20:18

  本文关键词：基于链特异性RNA测序技术的黄曲霉CA43的转录组学研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2014年

基于链特异性RNA测序技术的黄曲霉CA43的转录组学研究

吴新良  

【摘要】：黄曲霉是一类条件致病菌,其致毒因素是其产生的黄曲霉毒素,对农作物、人类均有感染的可能性,加强黄曲霉的基础研究,有助于有效地防治黄曲霉对农业生产及人类自身造成的危害。黄曲霉菌核发育是黄曲霉的重要生理过程,对于更好地理解黄曲霉的生殖发育过程具有重要意义。而且,黄曲霉的菌核发育过程,与一系列次级代谢途径如黄曲霉毒素生物合成途径等密切相关,研究菌核发育过程有助于理解黄曲霉毒素的生物合成途径以及对黄曲霉毒素进行有效的生物防治。随着组学技术的不断发展和测序成本的不断下降,特别是随着黄曲霉基因组序列的测序完成,基于测序技术研究黄曲霉生理过程调控、基因功能等的条件已具备。 本论文采用链特异性RNA-Seq技术深入分析黄曲霉在不同生理条件下的转录谱。通过RNA-Seq技术分析黄曲霉在基础培养条件下的高分辨率的转录谱,获取基因的转录水平、转录本结构等信息；在此基础上设计黄曲霉的不同培养状态(产AF/不产AF/菌丝／菌核),获取各样品的转录组数据,利用生物信息学分析工具进行基因的GO功能注释、差异表达基因分析及代谢途径分析等,确定黄曲霉基因组中与菌核发育相关的基因及其关联网络,探讨黄曲霉菌核发育的分子调控机理；分析黄曲霉基因组中与黄曲霉毒素(AF)生物合成相关的基因,构建AF生物合成途径模型。本论文的主要结论如下。 (1)链专一性RNA-seq深度刻画黄曲霉全基因组水平的转录图谱 通过对RNA-Seq reads与黄曲霉基因组序列的匹配,获得黄曲霉基因组的转录状况,绘制了黄曲霉全基因组水平的转录图谱,通过RPKM值确定黄曲霉的13487个蛋白编码基因中共有9871个发生转录,占到了黄曲霉总基因数的73.19%。稝RNA-Seq数据解析了黄曲霉的基因结构,重点分析了黄曲霉基因的UTR,共获得5994个基因的5'UTR和6407个基因的3'UTR,并分析了UTR的长度分布。预测了黄曲霉转录组中存在大量新转录本,并对其功能做了详细分析。分析了黄曲霉转录组中的可变剪接事件,预测了1220个可变剪接形式的转录本,包括SE、RI、A5SS和A3SS四种可变剪接类型,具有可变剪接的基因占黄曲霉多外显子基因总数的12.78%,黄曲霉中检测到的可变剪接数量比其他一些真菌要多,并分析了AS事件的发生机制。 (2)黄曲霉转录组中的反义转录现象 对黄曲霉转录组中反义转录现象进行了详细预测和分析。在菌丝、菌核样品中分别检测到1123、839个NAT，数量远大于基于EST分析的黄曲霉的NAT数量（352，，2.8%)。同时，分析了NAT在黄曲霉基因表达中的调控作用，认为黄曲霉的蛋白质表达、分泌及能量产生等过程密切可能受到NAT的调控。本研宄是首次在真菌中全面分析NAT并预测其功能的研宄。 (3)预测黄曲霉基因组中与菌核发育相关的基因及其关联网络，探讨黄曲霉菌核发育的分子调控机理 通过基因的差异表达分析和WEGO分析确定了与菌核发育相关的14个上调基因和37个下调基因。研究表明，菌核发育与次级代谢之间可能存在相互抑制的关联关系;菌核与黄曲霉的生殖是紧密联系的，而不是简单的有性生殖遗迹；同时黄曲霉的菌核发育可能受到复杂的信号网络调控，反义转录机制也可能参与菌核发育的调控；在菌核状态下孢子发育受到抑制。综上所述，RNA-seq数据提供了有关菌核发育的丰富的信息。同时，黄曲霉中有性交配现象及菌核发育现象的存在说明黄曲霉具备有性生殖的潜在可能性或者黄曲霉曾经具有有性生殖世代，这有助于理解黄曲霉中的有性生殖、无性生殖以及对黄曲霉菌株进行遗传学研究。 (4)确定黄曲霉基因组中与黄曲霉毒素（AF)生物合成相关的基因，构建AF生物合成途径模型 本研宄结果显示所有的AF途径基因在菌丝状态下发生转录表达，而在菌核样品中有三个基因未转录表达，说明黄曲霉毒素生物合成途径在菌核状态下受到抑制。同时，本研宄整理了相关文献中可能与AF生物合成相关的基因，并分析了这些基因在菌丝、菌核状态下的差异表达，结果表明其中有11个基因发生转录下调，而仅有2个基因发生转录上调。根据本课题组之前的研究，这些发生转录变化的基因也参与了菌核发育。因此，这些基因将成为联系菌核发育与次级代谢途径的潜在靶点。鉴于黄曲霉毒素污染农作物给农民造成的沉重负担，本研究发现的这些基因可以作为对产黄曲霉毒素菌株进行生物防控的靶位点。 通过本研究，有望获得对黄曲霉AF生物合成途径及菌核发育过程较深刻的认识，对于更好地理解黄曲霉的生长发育过程及对产AF的菌株进行生物防治具有重要意

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：Q933
【目录】：

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