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挖掘转录组测序数据也能发好文章:核盘菌对SsHADV-1感染的转录响应
2022-01-26 下载

 

S. sclerotiorum引起的核盘菌茎腐病SSR在世界范围内对油菜籽Brassica napus L.造成毁灭性的经济损失核盘菌低毒相关DNA病毒1SsHADV-1是一种环状单链DNA病毒SsHADV-1的感染导致其宿主核盘菌DT-8毒力低下、生长速度降低其他菌落形态变化。然而,SsHADV-1导致菌核菌毒力下降的机制仍不清楚本研究中,作者利康测科技unique molecular identity RNA-seq (特异性分子标签转录组测序,以下简称UMI RNA-seqhttp://www.seqhealth.cn/list/10.html进行转录组分析以阐明DT-8响应SsHADV-1感染的内在机制那么作者是如何通过转录组测序来揭示这一过程呢?让我们跟随小编的脚步来领略吧~

 

研究思路

1. 转录组数据总览

首先,作者对携带SsHADV-1的核盘菌低毒株DT-8和无毒菌株DT-8VF样本分别进行了UMI RNA-seq。结果表明,与菌株DT-8VF的基因表达数据相比,在菌株DT-8中总共发现了3110个具有统计学意义的差异基因(differential expressed gene,以下简称DEG,其中1741个上调,1369个下调(图1接下来,作者就通过对这些DEG进行功能分析来阐释DT-8内在的响应机制

 

2. DEGGO富集分析

作者发现,上调的1741个基因显著富集22GO terms(图2a)。其中9termsDNA复制和DNA修复有关此外,碳水化合物跨膜转运碳水化合物:质子同向转运蛋白活性糖跨膜转运蛋白活性显著富集。这些结果表明,SsHADV-1的感染可能激活菌株DT-8DNA损伤反应并增强碳水化合物获取

另外,下调的1369基因显著富集到10GO terms(图2b),其中三个terms与核糖体的结构和功能有关,即核糖体亚基胞质核糖体核糖体结构成分。同时,翻译相关terms以及两个与碳水化合物代谢相关的GO terms,即碳水化合物结合碳水化合物代谢过程也被显著富集这些terms可能与菌株DT-8的生长减有关

 

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3. DEGKEGG富集分析

上调DEGKEGG富集分析显示出与GO富集分析相似的结果。对于1741个上调基因,显著富集的12terms中有8termsDNA复制和DNA修复有关(图3a),再次表明SsHADV-1的感染可能激活了菌株DT-8DNA损伤反应

对于下调基因,GO富集分析类似,碳水化合物代谢淀粉和蔗糖代谢核糖体翻译翻译因子KEGG富集的terms此外,脂质生物合成蛋白被富集(图3b)。这些途径也可能与菌株 DT-8的生长减弱有关

 

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4. 菌株DT-8中关键的非同源末端连接NHEJ基因上调

在核盘菌基因组中,有2Ku70/Ku80同源物(ssKu70SS1G_02717ssKu80SS1G_07128)、1DNA修复蛋白XRCC4SS1G_02074)和1DNA连接酶4SS1G_03342)。Ku70-Ku80是一种异源二聚体蛋白,能与DNA结合,与DNA修复蛋白XRCC4DNA连接酶 4形成复合物,激活NHEJ途径以修复DNA双链断裂与菌株DT-8VF相比,所有关键NHEJ基因在菌株DT-8中均上调(图4)。 该结果表明SsHADV-1的感染激活了菌株DT-8中的NHEJ途径

 

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5. 大多数抗病毒RNA沉默基因在DT-8菌株中被下调

RNA沉默被认为是一种针对外来核酸的适应性防御机制,广泛存在于动物、真菌和植物病毒。在核盘菌基因组中,有2DicerDcl基因2argonauteAgl基因和3RNA依赖性RNA聚合酶RDR基因。与菌株DT-8VF相比,除SsSDcl1SS1G_13747外,其他抗病毒RNA沉默基因在菌株DT-8中下调(图5)。这表明SsHADV-1可能抑制了宿主抗病毒RNA沉默从而得以在菌株DT-8中存活

 

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6. SsHADV-1感染下调DT-8毒力因子基因的表达

目前,核盘菌致病机制的研究主要集中在植物细胞壁降解酶(PCWDE)、毒力相关分泌蛋白和草酸(OA)上。在鉴定植物细胞壁降解酶(PCWDE基因和效应子样小分泌蛋白中,Sspg2Sspg1Sspg3Endo2Ssv263SSITLSs-rhs1在菌株DT-8中下调(图6ab)。与对照菌株DT-8VF相比,除阳性转录因子基因Ss-Pac1外,草酸(OA生物合成关键基因(Ss-Oah1Ss-Pth2Ss-Mls1)和降解关键基因(Ss-odc2)在菌株DT-8均呈下调(图6c)。 这表明SsHADV-1的感染可能全面抑制菌株DT-8OA代谢

 

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7. qRT-PCR 验证基因表达

为了验证UMI RNA-seq中获得的结果,作者通过qRT-PCR分析了部分核盘菌基因的相对表达水平。结果显示这些代表性基因的表达模式与转录组测序数据一致(图7),表明转录组测序的可靠

 

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总结

在本研究中,作者利用UMI RNA-seq研究了SsHADV-1感染对核盘菌全基因组转录的影响通过比较分析菌株DT-8DT-8VF的基因表达作者发现SsHADV-1感染下调了DT-8参与碳水化合物脂质代谢、核糖体组装、翻译和毒力因子相关基因的表达这可能与菌株DT-8的生长减缓和低毒力有关此外,SsHADV-1的感染还抑制了宿主抗病毒RNA沉默这些DEGs可能是SsHADV-1在菌株DT-8中成功寄生和复制的关键因素。这些结果为进一步解析SsHADV-1感染对核盘菌全基因组转录的影响提供了基础

 

 

文献:

Qu Z ,  Fu Y ,  Lin Y , et al. Transcriptional Responses of Sclerotinia sclerotiorum to the Infection by SsHADV-1[J]. Journal of Fungi, 2021, 7(7):493. https://doi.org/10.3390/jof7070493