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成熟斑马鱼大脑中基于性别差异表达的mRNA和lncRNA的转录组分析

RNA专题

 

关键词lncRNA、斑马鱼、RNA-Seq

中文题目:成熟斑马鱼大脑中基于性别差异表达的mRNAlncRNA的转录组分析

英文题目:Yuang W, Jiang S, Sun D, Wu Z, Wei C, Dai C, Jiang L, Peng S. Transcriptome profiling analysis of sex based differentially expressed mRNAs and lncRNAs in the brains of mature zebrafish (Danio rerio)[J]. BMC Genomics, 2019, 20:830.

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  名:BMC Genomics   发表时间:2019.11   IF3.501

作者单位水产遗传资源开发利用重点实验室(上海海洋大学)

测序产品:真核有参转录组

样品来源:斑马鱼

文章类型:研究型(报告类/综述类)

 

英文摘要

Background: Similar to humans, the zebrafish brain plays a central role in regulating sexual reproduction, maturation and sexual behavior. However, systematic studies of the dimorphic patterns of gene expression in the brain of male and female zebrafish are lacking.

Results: In this study, the mRNA and lncRNA expression profiles were obtained from the brain tissue samples of the three male and three female zebrafish by high-throughput transcriptome sequencing. We identified a total of 108 mRNAs and 50 lncRNAs with sex-based differential expression. We randomly selected four differentially expressed genes for RT-qPCR verification and the results certified that the expression pattern showed a similar trend between RNA-seq and RT-qPCR results. Protein-protein interaction network analysis, Gene Ontology (GO) analysis, and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) analysis were performed to obtain the biological significance of differentially expressed mRNA in the brain dimorphism of zebrafish. Finally, a Pearson correlation analysis was performed to construct the co-expression network of the mRNAs and lncRNAs.

Conclusions: We found that 12 new lncRNAs not only have significant gender specificity in the brain of zebrafish, and this finding may provide a clue to further study of the functional difference between male and female zebrafish brain.

 

 

研究背景

斑马鱼(Danio rerio)是神经科学非常有用的模型动物,因为它的大脑具有行为和形态上的两性异形。尽管斑马鱼与性别相关的染色体区域不是固定的且不同性别的基因组可能非常相似我们可以通过基因表达的差异来观察它的性别差异。有研究显示,释放性激素的斑马鱼在基因表达上显示出区域性(前脑、中脑和后脑)和性别相关的差异不同性别、不同年龄的斑马鱼脑中存在着不同基因的表达差异,这些差异与斑马鱼脑中的多种途径有关

非功能性lncRNA可能是转录噪声的结果,而功能性lncRNA在顺式和/或反式中起作用在斑马鱼中也发现了许多具有生物学功能的lncRNA然而,基于性别的lncRNAs在大脑中的功能仍不清楚。

 

 

实验设计(建议用流程图展示)


 

技术路线图片

研究结果

 

1. 基本结果

6个斑马鱼样本中,高通量测序产生113.71 Graw data,过滤后得到98.52 Gclean data,有参注释到14315个基因,鉴定到7个基于雌性和101个基于雄性的与性别相关的基因。同时,鉴定到3709个潜在的lncRNAs,其中,28个基于雌性和22个基于雄性的lncRNAs的差异表达。

2. 性别相关的差异表达基因分析

火山图和层级聚类显示,基于性别的基因表达水平是可区分且具有统计学意义(fig. 1A, 1B)随机选取4个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果表明RNA-seqRTqPCR的表达模式呈现相似的趋势(fig. 1C)

对差异表达基因构建了蛋白质-蛋白质相互作用网络图,产生了44个节点和54个相互作用(fig. 1D)。其中,kininogen 1serpin肽酶抑制剂clade E 1serpine1 degree=7)和凝血因子XIII A1多肽a串联重复序列1f13a1a.1degree=7)表示较高的度数。

对基于性别差异表达的基因进行了GOKEGG功能注释与富集。GO分析表明,这些差异表达的性别基因通常与细胞外区域、细胞对雌激素刺激的反应和内肽酶抑制剂活性有关男性偏向基因的富集程度明显高于女性偏向基因(fig. 2A)。这些基因GO注释可能与性别间观察到的行为差异有关

KEGG分析显示,差异表达的mRNAPPAR信号通路、糖酵解/糖异生、淀粉和蔗糖代谢、色氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径中明显富集((fig. 2B)PPAR信号通路在哺乳动物生殖系统中包括卵巢周期、黄体形成、胚胎着床、胎盘发育和雄性生殖过程起着重要的作用

 


 

 


 

 

3. mRNA-lncRNA相关性分析

散点图显示,lncRNA的表达在雌性和雄性斑马鱼中高度正相关(fig. 3A),火山图显示其表达差异(fig. 3B)

lncRNAmRNA共表达分析,发现12lncRNA19mRNA显著相关。对于每一个共表达的lncRNA其位置与共表达的mRNA不在同一染色体的300kb范围内,表明它们不具有顺式调节功能,也不直接参与基因转录或转录后水平的调节。对共表达网络中的lncRNA保守分析发现XLOC_038516和人类假基因HSPA8P5被认为是同源基因。进一步分析表明HSPA8P5在多种人脑神经系统疾病中有存在差异表达


 
 

结论

斑马鱼作为一种模式动物,其基因组与人类基因组的基因相似度接近70%,因此探索其大脑相关的二型性不仅拓展了其生殖过程与环境应激源之间相互作用的理解,而且对人类脑疾病的分析也有积极的作用本研究采用RNA-seq对斑马鱼脑中具有性别差异表达的mRNAlncRNA进行了筛选。在各种生物学分析的基础上,通过分析共表达mRNA的生物学功能,我们发现12个新的lncRNA在斑马鱼脑中具有显著的性别特异性。为进一步研究斑马鱼雌雄脑功能差异提供线索。

 

Hello ATCG 2019-11-15 11:46:39

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