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cell子刊發(fā)表Nanopore Direct RNA測序揭示蜂王和工蜂發(fā)育過程中RNA 加工復雜性文章 已有2人參與
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文獻解讀 | cell子刊發(fā)表Nanopore Direct RNA測序揭示蜂王和工蜂發(fā)育過程中RNA 加工復雜性文章 近日，貝納基因合作項目：蜜蜂Direct RNA測序研究成果以“Extent and complexity of RNA processing in honey bee queen and worker caste development”為題，在《Cell》子刊《iScience》期刊上發(fā)表。本項目由貝納基因攜手江西農業(yè)大學等多家單位共同合作完成。 文章概述 蜜蜂蜂王和工蜂來自于相同的受精卵，因幼蟲期食物營養(yǎng)水平不同而分化為兩種不同的表型。這一現象稱為“級型分化”，是表觀遺傳學的典型模型。該研究采用Nanopore Direct RNA 測序（DRS）技術發(fā)現蜂王和工蜂在幼蟲發(fā)育過程中存在十分復雜的RNA加工和修飾過程。該研究首次發(fā)現蜜蜂級型分化過程受到了更為精確的轉錄本表達差異調控，并證明這些差異的轉錄本來自于一個非常靈活多變且復雜的可變剪切加工系統(tǒng)。同時，該研究首次發(fā)現每條轉錄本的Poly(A)尾可以通過負調控轉錄本的表達來參與調控蜜蜂的級型分化。該研究不僅深入解析了蜜蜂級型分化過程中復雜的RNA加工和修飾，也為其它動物的表型可塑性研究以及其內在的分子調控機制提供了科學借鑒。 主要結果 1. Direct RNA 測序數據質量 作者分別選取了2日齡、4日齡和6日齡的蜂王和工蜂幼蟲樣本，各2個生物學重復，使用 DRS分別對12個樣品進行建庫測序。每個樣本的平均clean reads數為5,416,798。平均 N50長度為1296bp，平均reads質量為10.63 ，表明測序RNA的完整性很高。平均98.13% 的clean reads比對到蜜蜂參考基因組(Amel HAv 3.1)。每組兩個生物學重復的Pearson相關系數均在0.85以上，樣本聚類樹也顯示每組兩個重復聚集在一起，表明生物重復性良好。 2. 鑒定顯著差異表達的isoform(DEIs)和基因(DEGs) 結果表明，在蜜蜂級型分化中存在著全基因組差異表達的isoform。和蜂王相比，在2d、4d 和6d的工蜂幼蟲中，分別鑒定了662個、1855個和1042個 DEIs，數量明顯高于 DEGs (分別為281個、1369個和645個)。為了比較 DEIs 和 DEGs 之間的差異，首先將 DEIs 比對到參考基因(DEIGs)上，發(fā)現在2d、4d 和6d 工蜂中，DEIGs 和 DEGs 之間分別只有271個(34.72%)、977個(53.45%)和410個(38.32%)重疊。表明，在蜂王和工蜂的分化上DEIs 和 DEGs有很大差異。 分別在 2d、4d 和 6d 比較組中鑒定到 24、54、48 個DEIs參與蜜蜂級型分化的幾個關鍵的KEGG 信號通路，如 mTOR，Notch，FoxO，Wnt，IIS，Hippo，TGF-beta 和 MAPK。這些信號通路在2d、4d 和 6d分別有7、34、33個 DEGs富集。在2d、4d 和6d 的比較組中， Poly(A)長度與isoform數量成負相關，蜂王較多 ，工蜂較少。 DEIs 和 DEGs 在5個關鍵的 KEGG 信號通路(mTOR，Notch，FoxO，Wnt，IIS)中富集，這些通路以前被證明參與了蜂王的分化。DEIs 存在于這5條通路中的35個蛋白質上，而DEGs存在于17個蛋白質上。其中23個蛋白質僅存在于 DEIs，而有5個僅存在于DEGs，12個蛋白質同時存在于DEI 和 DEG 中。以上結果表明，與DEG相比，這5個關鍵通路中顯著差異表達了更多的isoform。 3. 蜂王和工蜂之間特異性表達的isoform 作者分別在2日齡、4日齡和6日齡蜂王和工蜂幼蟲中鑒定了187、357和364個特異性表達的isoform，其中蜂王比工蜂多。蜂王特異性表達的isoform數量在第4天達到最大值，而工蜂在第6天達到最大值。這表明在幼蟲早期，蜂王發(fā)育分化較快，而工蜂發(fā)育分化較晚。 特異性表達的isoform被富集到8個關鍵的 KEGG 信號通路，如 mTOR 和 IIS，以及一些關鍵基因，如 DNA甲基轉移酶3(Dnmt3)和 Ecr (圖3)。表明在蜂王或工蜂的發(fā)育過程中，存在特異性表達的isoform，這些isoform可能參與蜜蜂的級型分化。 4. DEIs 和可變剪接 在每個樣本中平均鑒定出21,574個isoform，比對到平均8509個參考基因上。表明蜜蜂基因組中，基因會產生了不同的isoform。通過對可變剪接事件進行分析，發(fā)現絕大多數DEIs (2d、4d和6d的DEIs分別為73.26%、67.98%和63.53%)包含AS事件，其中絕大多數存在至少兩種類型的AS。最常見的類型是 RI、A5和A3組合。表明在蜜蜂發(fā)育過程中轉錄本的形成比以前所知的更為復雜。 通過對2d、4d 和6d的工蜂和蜂王的比較，發(fā)現9.82% (65)、5.71% (106)、9.50% (99)的DEIs存在顯著差異AS 事件。其中有很多包含至少兩種顯著差異的AS事件。 5. Poly(A)長度與 DEIs 和 DEGs 表達的相關性 通過對Poly(A)長度分析，發(fā)現isoform表達與其Poly(A)尾長呈負相關。DEIs和 DEGs的表達也與其 Poly(A)長度呈負相關，且這種負相關性在DEI中強于DEG。表明，Poly(A)尾通過負調控DEI，進而參與調控蜜蜂級型分化。 6. 兩個關鍵基因的isoform表達與Poly(A)長度的相關性 以參與蜂王分化的兩個關鍵基因：Jhe 和 Ecr為例，展示isoform表達與Poly(A)長度之間的相關性。Jhe 只有一個isoform，與Poly(A)長度呈負相關。Ecr 基因有4個isoform，選擇最顯著差異表達的isoform(Ecr.t4)來展示，同樣，Ecr.t4 的表達也與其Poly(A)長度呈負相關。通過對 Ecr 基因的兩個isoform(Ecr.t1和 Ecr.t2)進行 TaqMan 實時定量 PCR 驗證，結果與 DRS 結果基本一致，證實了在蜜蜂級型分化中存在偏向性的isoform表達。 總結 總之，RNA加工在蜜蜂表型可塑性方面起著重要作用，該研究使用DRS技術，顯示了蜂王和工蜂之間isoform表達的差異程度，轉錄本剪接的復雜性和Poly(A)長度的相關性。該研究不僅深入解析了蜜蜂級型分化過程中復雜的RNA加工和修飾，也為其它動物的表型可塑性研究以及其內在的分子調控機制提供了科學借鑒。 參考文獻： Xu Jiang He, et al., Extent and complexity of RNA processing in honey bee queen and worker caste development. iScience, 2022. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104301. |
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2樓2022-05-18 01:56:31
newwodwom
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3樓2022-05-22 14:41:40
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