原核转录组测序

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经典案例

全基因组测序和转录组揭示蓝藻对青藏高原极端气候的适应机制

The genome and transcriptome of Trichormus sp. NMC-1: insights into adaptation to
extreme environments on the Qinghai-Tibet Plateau

期刊:Scientific Reports
影响因子:4.259
发表单位:上海生物多样性和生态工程教育部重点实验室;中科院昆明植物研究所
发表年份:2016年7月

一、研究背景

青藏高原不仅是世界上最高且规模最大的高原,同时具有包括极大的温差、低氧浓度、低压、强紫外线辐射以及狂风等在内的极端环境,且有许多独特的环境,包括雪山、盐水湖泊及干旱沙 漠等,具有极高的生物多样性,为研究适应性进化提供了一个理想的天然实验室。蓝藻是最早的光合放氧生物,几乎可以将所有纬度范围的地区作为栖息地,对于全球生态具有相当大的重要 性;蓝藻可以适应可变渗透压、持续低温及强烈的紫外线辐射等环境。

二、方法流程

取材

培养 Trichormus sp. NMC-1 的菌 落,选择 10℃(与湖水温度相近) 为实验组,28℃为对照组。实验组 设 3 个生物学重复,对照组设 2 个 生物学重复。

建库

链特异性文库

测序

HiSeq X 测序策略:PE150

分析

基于直系同源基因的进化分析
差异基因的 COG 及 KEGG 富集分析

三、研究结果

1.青藏高原蓝藻基因组序列是 5.9 Mb,具有 39.2%的 G+C 含量,总共包括5362 个 CDS。系统进化树表明,这一菌株属于 Trichormus 和 Anabaena 集群。T. sp. NMC-1 和6个近 缘种之间的基因组对比显示,在 T. sp. NMC-1 基因组中,功能未知的基因占据了更高的比例(28.12%)。

2.转录组分析发现表达显著上调的基因参与膜生物起源、翻译、核糖体结构和生物起源、次生代谢产物生物合成、氨基酸运输和代谢、防御机制等过程;相比之下,下调基因主要参与信 号转导机制、膜生物起源及能源生产和转换。进一步的分析表明,CheY-like 基因、胞外多糖和类菌胞素氨基酸样的氨基酸,可能在极端环境的适应性中扮演重要的角色。

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四、研究结论

青藏高原引起极端环境而具有最高的生物多样性,为研究适应性进化提供了一个理想的天然实验室。该研究绘制了青藏高原蓝藻的基因组序列草图,并在低温下进行了全转录组测序,以探讨 T. sp. NMC-1 适应特殊环境的遗传学机制。明显正向选择的、扩张纯正群的和差异表达的一些基因参与信号转导、细胞壁/膜生物起源、次生代谢产物的生物合成、能源生产和转换,旨在阐 述特殊的适应特征。这些结果表明,蓝藻对青藏高原极端环境的适应性背后,有着复杂的遗传学机制。

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