原核转录组测序-经典案例-诺禾致源

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原核转录组测序

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

建库

测序

分析

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。

链特异性文库

HiSeq X 测序策略：PE150

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。

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。