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草鱼呼肠孤病毒(Grass carp reovirus,GCRV)引起的草鱼出血病,严重影响草鱼养殖业的发展,我国将其列为二类动物疫病,目前未能找到彻底防治该病的方法。全转录组测序技术能快速筛选到差异表达基因,可从全基因组水平剖析分子机制。 为了进一步探讨宿主细胞对GCRV感染的应答机制,本研究对感染GCRV的草鱼肾细胞(CIK)进行了全转录组测序,期望能从全基因组水平理解细胞的抗病毒机制及GCRV与宿主间的互作机制。 1、GCRV感染对CIK细胞mRNA表达水平的影响 对GCRV感染的CIK细胞进行转录组测序,与对照细胞相比,共筛选出差异表达基因798个,其中表达上调的658个,表达下调的140个。GO富集分析显示,差异表达基因主要富集在先天性免疫应答、炎症应答、蛋白泛素化等免疫相关条目;KEGG富集分析显示,差异表达基因主要富集在Toll样受体信号通路、Toll与Imd信号通路、T细胞受体信号通路等3个免疫系统相关的信号通路及肿瘤坏死因子信号通路等9个信号传导相关的通路。表明GCRV感染不仅激活了细胞的先天性免疫反应,也激活了适应性免疫反应。 2、GCRV感染对CIK细胞miRNAs表达水平的影响 对GCRV感染的CIK细胞进行sRNAs测序,共获得1685个miRNAs,其中,已知的248个,新预测的1437个。与对照组相比,共筛选出186个差异表达的miRNAs,其中表达上调146个,表达下调40个。通过差异表达miRNAs的靶基因预测,共获得1972个靶基因,GO和KEGG富集分析显示,大部分靶基因与疾病的发生、发展相关,特别是在人嗜T-淋巴病毒1型(HTLV-I infection)感染、癌症相关miRNAs上富集的基因较多。进一步对差异表达miRNAs和差异表达mRNA的整合分析,发现2个表达上调的miRNAs各自对应1个表达下调的靶基因,8个表达下调的miRNA对应13个表达上调的靶基因。miRNAs中dre-let-7c-5p、cik-miR-5272*、dre-miR-205-5p、cik-miR-3547分别调控的靶基因PFKFB4、TG、COL7A1、ARHGEF4,这4个基因均为GCRV感染后miRNAs间接调控的TOP 20信号通路中的富集基因。 3、GCRV编码的sRNAs分析 将GCRV感染CIK细胞sRNAs测序的原始数据与GCRV基因组比对,获得了大量病毒来源的sRNAs(V-sRNAs),其大小主要集中在29-31bp,在病毒基因组dsRNA正链上分布的V-sRNAs多于负链。生物信息学分析显示,GCRV有可能形成50个miRNAs(V-miRNAs)。随机选取的5个V-miRNAs的q-PCR检测显示,其表达水平随病毒的感染而升高。有47个V-miRNAs预测得到1346个宿主靶基因,提示病毒可以通过编码V-miRNAs调节宿主基因的表达。GO富集分析显示,V-miRNAs的靶基因在细胞组分类中主要富集在核、细胞质等条目,在生物进程类主要为转录-DNA模板,转录调控等条目;在分子功能类主要涉及重金属离子结合,ATP结合等条目。说明V-miRNAs参与调控宿主的多种生物过程。 4、GCRV感染对CIK细胞circRNAs表达水平的影响 对GCRV感染CIK细胞进行circRNAs测序,共预测到3493个circRNAs,与对照细胞相比共获得了76个差异表达circRNAs,其中40个表达上调,36个表达下调。选取20个circRNAs进行PCR测序验证,结果显示,PCR测序结果与高通量测序结果基本一致。q-PCR对8个circRNAs的表达水平进行检测,结果显示q-PCR定量结果与高通量测序结果一致。构建circRNA-miRNA(V-miRNA)-mRNA调控网络,发现9种circRNAs竞争性结合7种miRNAs,调控17个靶基因的表达;5个circRNAs竞争性结合5个病毒V-miRNA,调控10个靶基因的表达,这27个靶基因主要与代谢、发育、信号传导和疾病发生相关。说明宿主circRNA可以通过与miRNA/V-miRNA结合,调控宿主基因的表达 5、GCRV编码的circRNAs分析 病毒的转录本能否通过反向剪接产生circRNAs至今天未见报道。将GCRV感染CIK细胞circRNAs测序的原始数据与GCRV基因组比对,预测GCRV编码的circRNAs(V-circRNAs),获得32种V-circRNAs。进一步通过PCR产物测序,验证了GCRV能产生V-circRNAs。V-circRNAs的junction site分析显示,GCRV的RNA反向剪接形成V-circRNAs可能存在热点区域。q-PCR检测显示,随着病毒的感染V-circRNAs的表达水平明显上升。V-circRNA-miRNA(V-miRNA)-mRNA互作分析结果显示,4 种V-circRNAs竞争性结合4种miRNAs,调控26个靶基因的表达;10个V-circRNAs竞争性结合15个病毒V-miRNAs,调控19个靶基因的表达。说明V-circRNAs可通过与miRNAs/V-miRNAs的结合,间接调控靶基因的表达,分析显示这些靶基因多与细胞生长、分化和凋亡相关。V-circRNA15、V-circRNA20转染感染GCRV的CIK细胞,结果显示,晚期凋亡细胞的比例增加。表明病毒可通过反向剪接产生V-circRNAs,调节宿主/病毒基因的表达。 综上,本研究通过对GCRV感染的CIK细胞的全转录组测序,从mRNA、miRNA、circRNA水平探讨了细胞对GCRV的感染应答,发现GCRV可能产生功能性 V-miRNAs 和 V-circRNAs ,表明 circRNAs/V-circRNAs 可能通过与miRNAs/V-miRNAs互作,调节宿主细胞基因的表达。相关研究结果为理解细胞对GCRV感染的免疫应答机制、GCRV与宿主的互作提供了新线索。