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代谢组 + 转录组:基迪奥客户文章解读

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    发表于 2018.1.31 10:13:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
    发表期刊:《Chemical Engineering Journal》
    发表时间:2017
    影响因子:6.216
    合作单位:暨南大学                                                                              




    研究背景

    Bisphenol A (BPA),双酚A是一种内分泌干扰素,对水体环境造成一定的毒理影响,给水生生物和人类生活带来较大的危害。因此,去除或降低BPA的浓度是水质量控制的重要目标。 近年来,利用藻类处理水污染的生物修复技术得到逐步发展和应用。其优势在于藻类治污的环境友好性,可持续性和低成本。

    此外,对藻类治污的分子机理的研究也越来越多,如Nakajima等发现4中淡水藻类能够使BPA糖基化,形成糖苷类衍生物BPAGlc和BPAGal。 但是,藻类BPA相关代谢通路和代谢产物的研究仍有很多空白,同时BPA相关基因研究也较少。本文利用淡水微藻(Desmodesmus sp.WR1)为研究对象,利用代谢组和转录组对BPA生物降解过程中的代谢物和基因进行研究,发现了新的代谢通路和基因调控机制。

    研究思路



    研究结果

    1.BPA处理后微藻生化特征与BPA降解效率

    4 种BPA浓度处理(1, 3,5.5, 13.5 mg /L)都不能显著影响微藻 Desmodesmus sp.WR1 的生长和其它生化指标,说明该微藻对BPA有良好的适应能力。同时在以上4种浓度下,BPA降解比率分别为57%, 25%, 18%和26%,说明该微藻有较大的BPA处理潜力(图1)。
      



    图1. 微藻降解BPA线性图 Errorbars = S.D. (n = 3).


    2.代谢组分析

    LC-HRMS 结果显示各个peak中的化合物,包括peak-A(3种),peak-B(5种),peak-BPA(3种)(表1)。除了与前人报道一致的结果外,作者还首次发现了新的BPA代谢物,如2-hydroxy-3-hydroxymethy BPA,3-hydroxymethyBPA糖苷,monophenols(单酚类)等。




    表1. LC-HRMS分析相关代谢物以及已报道的结果


    基于上述发现,作者推测,微藻降解BPA存在其它代谢途径。主要通过oxidative氧化,hydroxylation羟基化,glycosylation糖基化和oxidativecleavage氧化解离等作用生成新的代谢产物。



    图2. 微藻降解BPA的biotransformation (a)和biodegradation(b)经典和新的途径


    3.转录组分析

    通过无参转录组de novo assembly,总共得到32,823个unigenes,N50长度为1905bp。BPA处理0天,2天和5天后分别发现差异基因(DEGs)2516个,4846个和5662个。

    作者进而重点关注BPA处理后的相关DEGs和通路,发现氧化还原酶活性oxidoreductase activity相关基因显著差异,说明微藻通过上调这些基因提高BPA氧化反应,达到生物降解的目的。此外,葡糖转移酶UDP-glucosyltransferaseactivity相关基因也有明显的差异,作者推测这些基因推动BPA快速糖苷化代谢。



    图3. 差异基因的功能分析 4qPCR验证


    挑选氧化还原酶(Unigene0003885)和葡糖转移酶(Unigene0000428)编码基因进行RT-PCR验证,发现Unigene0000428在BPA处理2天时显著上调,Unigene0000428在2天和5天都显著上调,结果表明这些基因参与微藻的BPA的氧化,羟基化,糖基化和氧化解离等代谢过程。


    图4. qPCR研究BPA代谢通路的相关基因表达

    小    结  

    1.  作者发现微藻Desmodesmus sp对BPA有很强的适应能力,具有生物降解BPA的应用潜力;
    2.  通过代谢组技术发现BPA降解的传统机制,与前人报道一致;然而,更重要的是首次报道了BPA代谢过程中的新的产物以及新的代谢通路,加深了对于藻类生物降解机制的了解;
    3. 通过转录组,也发现BPA代谢过程中关键酶的编码基因显著上调,与代谢组的结果相互验证。

    Tips:
    基迪奥生物具有丰富的多组学贯穿分析项目经验,已发表全转录组(ncRNA-mRNA,ceRNA),基因组重测序+转录组/代谢组,代谢组/蛋白组+转录组等等多篇高分文章,且为客户量身定制个性化的多组学解决方案,欢迎各位老师同学留言咨询。


    参考文献:Wang, Rui, et al. "Identification of novel pathways for biodegradation of bisphenol A by the green alga Desmodesmus sp. WR1, combined with mechanistic analysis at the transcriptome level." Chemical Engineering Journal.321 (2017): 424-431.            



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