模擬失重條件下大腸埃希菌轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、差異基因及富集分析結(jié)果（二）
2結(jié)果
為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對(duì)正常重力和模擬失重兩組間差異基因及相應(yīng)通路進(jìn)行分析，具體分析步驟參照文獻(xiàn)進(jìn)行。
2.1基因表達(dá)差異分析
研究發(fā)現(xiàn)，在模擬失重環(huán)境下培養(yǎng)大腸埃希菌14 d后，共檢測(cè)到229個(gè)表達(dá)差異顯著的基因，其中158個(gè)基因上調(diào)，71個(gè)基因下調(diào)(圖1)。上調(diào)基因主要包括參與一些嘌呤嘧啶核苷酸的水解及轉(zhuǎn)運(yùn)等代謝相關(guān)基因(如rihA、xanQ、ghxQ)、DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(如ycaN、allS、feaR、caiF、gadE、dctR、rhaR)、主要構(gòu)成1型菌毛的相關(guān)基因(如fimG、fimH、fimA、fimB)和一些功能未知的蛋白(如yoaL、fxsA、ymcE、ybfB、ytiA、dsrB、yliM)等。下調(diào)基因主要包括參與一些氨基酸合成及水解等代謝相關(guān)基因(如asnA、ansB、tnaA、asnB)、RNA聚合酶sigma因子(fecI)和生物膜形成調(diào)節(jié)因子(bssR)等。
2.2 GO基因富集分析結(jié)果
經(jīng)過GO功能注釋分析(圖2)發(fā)現(xiàn)，差異基因在基因的分子功能方面主要集中在分子轉(zhuǎn)運(yùn)、抗氧化、酶調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄因子活性等；在所處的細(xì)胞位置方面主要集中在細(xì)胞膜、細(xì)胞器、含蛋白質(zhì)分子混合物等；在參與的生物過程方面主要集中在對(duì)刺激的反應(yīng)、細(xì)胞殺傷、生化代謝等。
GO基因富集分析結(jié)果顯示，差異基因富集到3個(gè)大類中的14個(gè)小類：包括生物過程類6條通路(天冬酰胺、2-氨基-3-氨基甲酰基丙酸的生物合成；氨基酸的N-三甲基衍生物的生物合成；精氨酸的生物合成；陽(yáng)離子通過膜運(yùn)輸?shù)倪^程；甘油跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程；L-氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)過程)、分子功能類5條通路(外膜界周質(zhì)間隙的合成代謝；烷基過氧化氫還原酶復(fù)合物的合成代謝；質(zhì)膜的合成代謝；菌毛的合成代謝；鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶復(fù)合物)、細(xì)胞組分類3條通路(陽(yáng)離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性的代謝；羧酸跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性的代謝；同轉(zhuǎn)運(yùn)體活性的代謝)。
2.3 KEGG基因富集分析結(jié)果
KEGG分析差異基因表達(dá)顯示，229個(gè)差異基因中有69個(gè)基因(47個(gè)基因上調(diào)，22個(gè)基因下調(diào))富集于68條通路，且大部分為代謝相關(guān)通路，主要以上調(diào)基因的富集通路為主，包括甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝等氨基酸代謝(圖3)，果糖和甘露糖等糖類代謝，甲烷、硫、核黃素等代謝，嘌呤、嘧啶代謝，卟啉與葉綠素、抗壞血酸和醛酸代謝，丙酸、丁酸代謝，以及一些化合物的生物合成與降解。
圖1兩組間表達(dá)差異火山圖
圖2差異基因GO注釋分類柱狀圖
圖3甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝等氨基酸代謝通路圖
3討論
本研究在模擬失重條件下對(duì)大腸埃希菌進(jìn)行連續(xù)傳代培養(yǎng)14 d后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，結(jié)果顯示，模擬失重導(dǎo)致大腸埃希菌基因表達(dá)差異，共有229個(gè)表達(dá)差異顯著基因(158個(gè)基因上調(diào)，71個(gè)基因下調(diào))。KEGG富集通路結(jié)果顯示，229個(gè)差異基因中共有69個(gè)基因(47個(gè)基因上調(diào)，22個(gè)基因下調(diào))能匹配到已知的通路中，這些基因共富集于68條通路，其中52條通路為代謝相關(guān)通路，且主要以上調(diào)基因的富集通路為主。
過往研究表明，在模擬失重條件下用含有甘油的LB培養(yǎng)基培養(yǎng)后，大腸埃希菌K12共發(fā)現(xiàn)100個(gè)差異基因(53個(gè)基因上調(diào)，47個(gè)基因下調(diào))；KEGG分析結(jié)果顯示，共有15個(gè)差異基因富集到16條不同通路。同時(shí)有研究表明，大腸埃希菌K12在模擬失重條件連續(xù)傳代培養(yǎng)兩周后出現(xiàn)基因差異，共有142個(gè)基因差異表達(dá)，其中58個(gè)基因上調(diào)(包括一些耐藥基因和核苷酸代謝基因)，84個(gè)基因下調(diào)；KEGG分析結(jié)果顯示共有43個(gè)差異基因富集在49條通路中。
這些研究結(jié)果均表明，大腸埃希菌在受到模擬失重條件的影響后，會(huì)發(fā)生基因改變，同時(shí)在基因分析中發(fā)現(xiàn)上調(diào)的基因包括一些參與核苷酸代謝的基因，這與我們的研究結(jié)果一致。但所有差異基因及其所富集的通路仍有不同，考慮應(yīng)為菌株及培養(yǎng)條件不同所致。
在之前的研究中對(duì)培養(yǎng)14 d后的大腸埃希菌進(jìn)行生化代謝檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)模擬失重條件培養(yǎng)后的大腸埃希菌對(duì)絲氨酸、丙氨酸和天冬氨酸的利用增加，與該研究中KEGG分析結(jié)果所發(fā)現(xiàn)的差異基因富集在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝以及甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝通路中相符合。
本研究明確了大腸埃希菌在模擬失重條件下培養(yǎng)后出現(xiàn)的差異基因及其所富集的相關(guān)通路，下一步我們將在此基礎(chǔ)上驗(yàn)證在模擬失重條件下大腸埃希菌在動(dòng)物體內(nèi)的毒力變化，同時(shí)篩選出與代謝、生物學(xué)性狀、耐藥和細(xì)菌毒力密切相關(guān)的差異基因，并根據(jù)其所富集的相關(guān)通路，研究其發(fā)生相關(guān)表型變化的具體機(jī)制，為空間站內(nèi)的環(huán)境消殺提供基礎(chǔ)，并為航天員的身體健康提供有力的保障。
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