CLC Genomics Workbench应用案例2——使用CLC Genomics Workbench对比分析Toxascaris leonina与Toxocara canis功能基因注释

2017-02-17 17:24:11 来源:源资科技市场部

新闻摘要: Toxocara canis(T.canis,狮弓蛔虫)和Toxascaris leonina(T.leonina,犬弓蛔虫)可能是最常见的狗胃肠蛔虫,两者具有相似之处,都属于蛔虫科,形态特征相似,非专业人员肉眼无法区分。然而,它们也表现出不同的生物学特征。目前已有多篇遗传变异研究报道了两种蛔虫的生物学、发病机理与鉴别诊断的特征,但尚未有人对两者的功能基因注释谱进行比较研究。本研究通过T.canis和T.leonina的功能基因表达谱,研究两者的基因表达谱差异,有利于我们理解这些寄生虫的寄生、发育、代谢


背景
      Toxocara canis(T.canis,狮弓蛔虫)和Toxascaris leonina(T.leonina,犬弓蛔虫)可能是最常见的狗胃肠蛔虫,两者具有相似之处,都属于蛔虫科,形态特征相似,非专业人员肉眼无法区分。然而,它们也表现出不同的生物学特征。目前已有多篇遗传变异研究报道了两种蛔虫的生物学、发病机理与鉴别诊断的特征,但尚未有人对两者的功能基因注释谱进行比较研究。本研究通过T.canis和T.leonina的功能基因表达谱,研究两者的基因表达谱差异,有利于我们理解这些寄生虫的寄生、发育、代谢与繁殖。


材料与方法
1. 寄生虫
      在韩国从自然感染的狗身上收集成熟雌性T.canis与T.leonina,根据卵和成虫的形态特征对这些蠕虫进行分类。


2. 构建cDNA文库
      提取成熟雌性T.canis与T.leonina的mRNA,构建cDNA文库。


3. cDNA测序与EST分析
      预处理T.canis与T.leonina的cDNA序列,删除质量分数小于0.05和具有模糊核苷酸的序列;鉴定并删除每个载体序列;删除长度小于100bp序列。本文使用CLC Genomics Workbench组装与分类EST序列;使用本地BLAST在NCBI数据库搜索同源物,注释EST; COGs(Clusters of Orthologous Groups of proteins)分析预测EST功能。

  BLAST搜索,匹配了Caenorhabditis elegans(C.elegans,秀丽隐杆线虫)23,906蛋白序列, 蛔虫106,573个核苷酸,用于构建的T.canis与T.leonina文库转录谱。这些序列进一步进行BLAST分析,使用GO(Gene Ontology)数据库搜索每个EST重要的注释。


结果
1. EST分析
      随机挑选插入DNA片段的质粒,成熟雌性T.leonina与T.canis的cDNA文库分别测序了2,880个EST与 7,949个EST。EST长度范围是106bp-4,637bp,平均长度大约是820bp。文库数据总览见表1。

表1 性T.leonina与T.canis的 EST统计结果


2. 基因本体分析
      使用CLC Genomics Workbench,比较UniScripts与C.elegans 与普通寄生虫在基因本体联合会(Gene Ontology Consortium)的注释,1,178个UniScript找到了GO术语。本文从细胞组分、生物过程和分子功能方面区分EST,比较它们的生物学和功能差异。


3. 三种生物的细胞组分2级GO术语分析
      本文根据16种细胞成分类型将转录子分类,发现T.leonina与T.canis的大多数表达基因分别是细胞(20%,21%)、细胞组分(20%,21%)、细胞器(17%,16%)与细胞器组分(11%,11%),见图1。但是C.elegans 2级GO分析,大部分基因表达是细胞膜和细胞膜组分类型。C.elegans在细胞、细胞组分、细胞器与细胞器组分类型的转录子比例比其他寄生虫的少。


图1对比分析与C.elegans、T.canis与T.leonina富集的UniScripts相关的细胞成分2级GO术语,这些GO术语由CLC Genomics Workbench软件分析获得。三种生物大部分的显著性差异表达蛋白是细胞类和细胞器类。


4. 三种生物的生物过程2级GO术语分析
      本文根据23种生物过程,将相关的转录子分类。与T.leonina与T.canis EST相关的生物过程相关的2级GO术语大多数相似。两种寄生虫大多数高度表达的基因与细胞过程、发育过程、代谢过程和多细胞生物过程相关(见图2)。但是,自然生活线虫的大多数转录子与单个生物过程相关,而这些寄生虫没分类。

图2对比分析与C.elegans、T.canis与T.leonina富集的UniScripts相关的生物过程2级GO术语,这些术语由CLC Genomics Workbench软件分析获得。三种生物的显著性差异性表达蛋白与细胞过程、发育过程与代谢过程相关。


5. 三种生物的分子功能2级GO术语分析
      本文根据16种分子功能类型,将相关的转录子分类。T.leonina与T.canis大多数高度表达基因与结合(45%,48%)、催化蛋白活性(28%,26%)和结构分子活性(13%,11%)相关(见图3)。然而,C.elegans大多数高度表达的基因与电子载体相关(35%)。C.elegans表达基因在一些分子功能所占比例高于T.leonina与T.canis,例如,形态发生因子活性、营养贮存活性与受体活性。


图3 对比分析与C.elegans、T.canis与T.leonina 富集的UniScripts相关的分子功能2级GO术语,这些术语由CLC Genomics Workbench软件分析获得。三种生物的大部分显著性差异性表达蛋白与细胞过程、发育过程与代谢过程相关,其中蛋白结合与催化活性较明显。


讨论
1.本文使用CLC Genomics Workbench评估T.canis、T.leonina与C.elegans EST功能注释,用于研究三者之间的遗传差异,解释生物学差异。
2.研究结果表明T.canis与T.leonina的大多数功能基因注释在细胞成分,生物过程和分子功能方面十分相似。虽发现了一些差异性表达的转录子,但不足以解释两者生命周期之间的差异。
3.研究发现寄生虫与自然生活线虫之间的转录子差异,这可能有助于理解寄生虫进化遗传变化。


原文

KU Kim, SK Park, SA kang, et al., Comparison of Functional Gene Annotation of Toxascaris leonina and Toxocara canis using CLC Genomics Workbench. Korean J Parasitol Vol. 51, No. 5: 525-530, October 2013.
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