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脊尾白虾对低盐胁迫响应的转录组学分析

沈晔 王兴强 曹梅 郑年昊 陈百尧 秦传新

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脊尾白虾对低盐胁迫响应的转录组学分析

    作者简介: 沈 晔 (1994—),女,硕士研究生,研究方向为水产动物增养殖。E-mail: 1303768939@qq.com;
    通讯作者: 王兴强, wangxingqiang@jou.edu.cn
  • 中图分类号: S 917.4

Transcriptome analysis of Exopalaemon carinicauda under low salinity stress

    Corresponding author: Xingqiang WANG, wangxingqiang@jou.edu.cn ;
  • CLC number: S 917.4

  • 摘要: 转录组测序可在各种环境条件下对物种进行高通量测序,通过基因结构分析和功能注释,探讨特定条件下相关基因的功能和表达情况。该研究分别获取低盐胁迫组 (盐度0.2) 和自然海水组 (盐度31) 脊尾白虾 (Exopalaemon carinicauda) 样品,通过Illumina平台进行转录组测序,获得13.92 Gb高质量测序数据,组装得到111 618条转录本和72 734条Unigenes,其中有22 879条Unigenes得到注释,比对到Nr数据库的Unigenes为21 931条;筛选出1 492条脊尾白虾低盐胁迫差异显著表达基因,包括829条上调基因和663条下调基因,其中有810条差异表达基因得到注释。通过差异表达基因GO功能注释和富集分析及KEGG通路富集分析,锁定大量脊尾白虾在自然海水和淡水环境下的差异表达基因,为深入探讨脊尾白虾在低盐胁迫条件下的生理保护机制提供了技术支撑。
  • 图 1  Nr同源物种分布

    Figure 1.  Nr homologous species distribution

    图 2  Unigene的GO功能分类

    Figure 2.  GO classification of Unigene

    图 3  COG功能分类

    Figure 3.  COG Function classification of consensus squence

    图 4  差异表达基因GO分类注释图

    Figure 4.  GO classification of differentially expressed genes

    图 5  差异表达基因GO富集有向无环图 (分子功能)

    Figure 5.  Directed acyclic map of GO enrichment of differentially expressed genes (molecular function)

    图 6  差异表达基因KEGG分类图

    Figure 6.  KEGG classification of differential expression gene

    图 7  溶酶体信号通路

    Figure 7.  Lysosomal signaling pathway

    图 8  低盐胁迫对脊尾白虾log2FC的影响

    Figure 8.  Effects of low salinity stress on log2FC of E. carinicauda

    表 1  RT-PCR验证引物

    Table 1.  Primers for real-time quantitative verification

    引物名称
    Primer name
    引物序列 (5′–3′)
    Primer sequence
    Actin F CCGAGACATCAAGGAGAAGC
    Actin R ATACCGCAAGATTCCATACCC
    RPA RT F GGAAATGCCAACACCTACGC
    RPA RT R TCCACGTAGCTTTCCTGAGC
    Elf 4 RT F ACATTGAGGAGCTGGATCGC
    Elf 4 RT R AGGCGAACTCTGAATGACGG
    Sialin RT F TTAGTGCATGGAGGCTGGTATT
    Sialin RT R ATTGACGGCTACGTGTTGAGGT
    Tripsin RT F CGTCCTCACTTGTTCTCCTTGA
    Tripsin RT R TGCCGTTACCTAATGTCTGGTT
    SMAD 4 RT F CTGTCACGGTTGATGGTTACGT
    SMAD 4 RT R CTTGCTCGGTCACTCTGCTCT
    CBP RT F CTCAAGAAGGGCACAGGATTT
    CBP RT R TACCCTGAGTCATGGAACTGC
    AGC RT F TCACCTTCTGCCATACTTATACTCT
    AGC RT R TCAGCACCTCGTAACTTCCTC
    注:RPA:reproductive-related protein A;Elf 4:ETS-related transcription factor;Sialin:Sodium/sialic acid cotransporter;SMAD 4:mothers against decapentaplegic protein 4;CBP:calcium-binding protein;AGC: alpha-glucosidase Note: RPA. Reproductive-related protein A; Elf 4. ETS-related transcription factor; Sialin. Sodium/sialic acid cotransporter; SMAD 4. Mothers against decapentaplegic protein 4; CBP. Calcium-binding protein; AGC. Alpha-glucosidase
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    表 2  低盐胁迫组与海水组数据产出质量

    Table 2.  Data output quality of freshwater and sea water groups

    样品
    Sample
    总读数
    Read Number
    总碱基数
    Base Number
    GC含量
    GC Content/%
    Q30碱基百分比
    Q30 base percentage/%
    低盐胁迫组 (盐度0.2) Low salinity stress group (salinity 0.2) 25 971 965 6 540 875 181 44.07 88.79
    海水组 (盐度31) Sea water group (salinity 31) 29 309 634 7 381 520 261 44.14 87.93
    注:Q30碱基百分比指质量值大于或等于30的碱基所占的百分比,而Q30对应的碱基识别出错的概率为1/1 000 Note: Q30 base percentage refers to the percentage of base with quality score greater than or equal to 30, and the probability of incorrect base call corresponding to Q30 is 1/1 000
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    表 3  组装结果统计

    Table 3.  Assembly results

    长度范围
    Length range/bp
    转录本
    Transcript
    单基因簇
    Unigene
    300~500 43 156 (38.66%) 34 590 (47.56%)
    500~1 000 29 350 (26.30%) 20 011 (27.51%)
    1 000~2 000 18 777 (16.82%) 10 181 (14.00%)
    2 000+ 20 335 (18.22%) 7 952 (10.93%)
    总数 Total number 111 618 72 734
    总长度 Total length 142 324 737 69 181 596
    N50长度 N50 length 2 341 1 502
    平均长度 Mean length 1 275 11 951.16
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    表 4  Unigene注释统计表

    Table 4.  Unigene annotation statistics

    数据库
    Database
    Unigene数量
    Number of annotated unigene
    长度≥300 nt的Unigene数量
    Number of Unigene whose length≥300 nt
    长度≥1 000 nt的Unigene数量
    Number of Unigene whose length≥ 1 000 nt
    COG 7 035 7 035 4 381
    GO 9 100 9 100 5 046
    KEGG 6 645 6 645 4 137
    KOG 14 515 14 515 8 732
    Pfam 15 403 15 403 9 720
    Swiss-Prot 14 940 14 940 9 093
    Nr 21 931 21 931 11 913
    All 22 879 22 879 12 058
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    表 5  前12个代谢途径

    Table 5.  First 12 metabolic pathways

    代谢通路
    Pathway
    代谢通路
    名称
    Pathway ID
    基因数量
    Gene number
    核糖体 Ribosome ko03010 312
    溶酶体 Lysosome ko04142 225
    内质网中的蛋白质加工
    Protein processing in endoplasmic reticulum
    ko04141 223
    RNA转运 RNA transport ko03013 221
    剪接 Spliceosome ko03040 171
    嘌呤代谢 Purine metabolism ko00230 149
    泛素—蛋白酶体
    Ubiquitin mediated proteolysis
    ko04120 147
    吞噬体 Phagosome ko04145 141
    内噬作用 Endocytosis ko04144 140
    氧化磷酸化 Oxidative phosphorylation ko00190 125
    mRNA监测途径
    mRNA surveillance pathway
    ko03015 108
    过氧物酶体 Peroxisome ko04146 106
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    表 6  差异表达基因topGO富集结果示意表 (分子功能)

    Table 6.  Schematic diagram of topGO enrichment results of differential expression gene (molecular function)

    节点编号
    GO ID
    节点名称
    GO term
    总基因数
    Total gene number
    DEG基因数
    DEG gene number
    期望值
    Expected
    显著性
    KS
    GO:0003824 催化活性 Catalytic activity 4 507 125 120.43 3.1e-09
    GO:0042302 表皮结构成分 Structural constituent of cuticle 29 5 0.77 0.00 022
    GO:0070011 肽酶活性 Peptidase activity 224 5 5.99 0.00 285
    GO:0016787 水解酶活性 Hydrolase activity 1 754 48 46.87 0.00 326
    GO:0004879 配体激活序列特异性 DNALigand-activated sequence-specific DNA 12 0 0.32 0.00 406
    GO:0005230 细胞外配体门控离子通道 Extracellular ligand-gated ion channel 37 0 0.99 0.00 417
    GO:0005319 脂质转运蛋白活性 Lipid transporter activity 23 8 0.61 0.00 438
    GO:0022857 跨膜转运蛋白活性 Transmembrane transporter activity 453 18 12.1 0.00 509
    注:DEG指差异表达基因 Note: DEG is differentially expressed gene.
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    表 7  KEGG富集部分结果

    Table 7.  Partial results of KEGG enrichment

    代谢通路
    Metabolic pathway
    KEGG通路编号
    KO pathway NO.
    富集因子
    Enrichment factor
    Q值
    Q value
    光转导 Phototransduction-fly ko04745 0.13 3.412 2×10−2
    赖氨酸降解 Lysine degradation ko00310 0.24 1.095 9×10−1
    赖氨酸生物合成 Lysine biosynthesis ko00300 0.10 2.608 2×10−1
    溶酶体 Lysosome ko04142 0.43 2.947 3×10−1
    血管内皮生长因子信号途径 VEGF signaling pathway ko04370 0.05 3.363 9×10−1
    叶酸生物合成 Folate biosynthesis ko00790 0.18 5.565 8×10−1
    色氨酸代谢 Tryptophan metabolism ko00380 0.24 5.799 3×10−1
    血管平滑肌收缩 Vascular smooth muscle contraction ko04270 0.07 8.143 4×10−1
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    表 8  溶酶体信号通路包含Unigenes序列信息

    Table 8.  Lysosome signaling pathway containing Unigenes sequence information

    基因描述
    Gene description
    海水组FPKM值
    FPKM of seawater group
    低盐胁迫组FPKM值
    FPKM of low salinity stress group
    差异倍数对数值
    log2FC
    上调/下调
    Up/Down
    钠/唾液酸共转体
    Sodium/sialic acid cotransporter, Sialin
    0.72 6.87 3.02 上调
    钠/唾液酸共转体
    Sodium/sialic acid cotransporter Sialin
    3.70 10.83 1.35 上调
    钠/唾液酸共转体
    Sodium/sialic acid cotransporte, Sialin
    4.10 1.14 −2.01 下调
    组织蛋白酶A Cathepsin A 0.23 1.63 −2.46 下调
    组织蛋白酶B Cathepsin B 0.92 0.16 −1.28 下调
    组织蛋白酶B Cathepsin B 66.66 31.23 −1.38 下调
    组织蛋白酶L Cathepsin L 60.39 26.51 2.48 上调
    鞘磷脂磷酸二酯酶
    Sphingomyelin phosphodiesterase, SMPD1
    5.50 1.67 −1.89 下调
    鞘磷脂磷酸二酯酶2
    Sphingomyelin phosphodiesterase 2, SMPD1
    16.44 7.57 −1.31 下调
    NPC细胞内胆固醇转运体1
    NPC intracellular cholesterol transporter 1, NPC
    147.00 38.91 −1.16 下调
    NPC细胞内胆固醇转运体2
    NPC intracellular cholesterol transporter 2, NPC
    26.45 13.48 −2.11 下调
    溶酶体膜蛋白2
    Lysosome membrane protein 2, LIMP
    1.70 0.60 −1.64 下调
    葡糖脑苷脂酶
    Glucocerebrosidase, GBA
    14.69 6.97 −1.26 下调
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    表 9  验证的Unigenes序列信息

    Table 9.  Sequence information of verified unigenes

    基因描述
    Gene description
    海水组FPKM值
    FPKM of seawater group
    低盐胁迫组FPKM值
    FPKM of low salinity stress group
    差异倍数对数值
    log2FC
    上调/下调
    Up/Down
    生殖蛋白A Reproductive-related protein A, RPA 8.01 190.85 4.37 上调
    ETS转录因子4 ETS-related transcription factor 4, Elf 4 0.45 4.34 2.97 上调
    钠/唾液酸共转体 Sodium/sialic acid cotransporter, Sialin 0.72 6.87 3.02 上调
    胰蛋白酶 Tripsin 8.07 0.88 −3.20 下调
    Smads蛋白4 Mothers against decapentaplegic protein 4, SMAD 4 1.589 0.56 −1.36 下调
    钙结合蛋白 Calcium-binding protein, CBP 0.502 0.451 −0.13 下调
    α-葡糖苷酶 Alpha-glucosidase, AGC 3.538 5.228 0.55 上调
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-31
  • 录用日期:  2020-04-27
  • 网络出版日期:  2020-06-12

脊尾白虾对低盐胁迫响应的转录组学分析

    作者简介:沈 晔 (1994—),女,硕士研究生,研究方向为水产动物增养殖。E-mail: 1303768939@qq.com
    通讯作者: 王兴强, wangxingqiang@jou.edu.cn
  • 1. 江苏海洋大学海洋生命与水产学院,江苏 连云港 222005
  • 2. 连云港市农业农村局,江苏 连云港 222005
  • 3. 中国水产科学研究院南海水产研究所,广东 广州 510300

摘要: 转录组测序可在各种环境条件下对物种进行高通量测序,通过基因结构分析和功能注释,探讨特定条件下相关基因的功能和表达情况。该研究分别获取低盐胁迫组 (盐度0.2) 和自然海水组 (盐度31) 脊尾白虾 (Exopalaemon carinicauda) 样品,通过Illumina平台进行转录组测序,获得13.92 Gb高质量测序数据,组装得到111 618条转录本和72 734条Unigenes,其中有22 879条Unigenes得到注释,比对到Nr数据库的Unigenes为21 931条;筛选出1 492条脊尾白虾低盐胁迫差异显著表达基因,包括829条上调基因和663条下调基因,其中有810条差异表达基因得到注释。通过差异表达基因GO功能注释和富集分析及KEGG通路富集分析,锁定大量脊尾白虾在自然海水和淡水环境下的差异表达基因,为深入探讨脊尾白虾在低盐胁迫条件下的生理保护机制提供了技术支撑。

English Abstract

参考文献 (48)

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