非模式生物转录组自动化分析流程的搭建及在哺乳动物适应性进化中的应用

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背景:非模式生物具有比模式生物更加突出的能力,例如抗缺氧、抗衰老和再生能力。大部分非模式生物尚未构建参考基因组,一方面因为基因组组装依旧困难重重,另一方面是因为基因组测序相较转录组测序依旧价格不菲。转录组测序数据从头组装和注释的分析策略越来越多地被采用,该策略能够经济高效地挖掘非模式生物中基因的表达水平差异以及活跃的生物学通路。然而,由于实验操作人员专业水准、测序平台及其环境差异,测序数据污染现象普遍,对从头组装结果以及差异表达分析的准确性造成不良影响。目的:搭建非模式生物转录组自动化分析流程,能够有效去除数据中的外源污染和交叉污染序列,减少重复的代码修改,保证数据分析的高效性和可重复性,并将该流程应用于日本小鼩鼹缺氧适应性的探究。方法:采用基于Python3的Snakemake框架,选取转录组从头组装和注释分析常用软件,并增加去除外源污染和交叉污染的关键软件,在Linux平台下搭建非模式生物转录组自动化分析流程。应用方面,分别收集日本小鼩鼹、日本鼩鼹和长吻鼩鼹三个物种的心脏、肝脏、脾脏、肺脏和肾脏组织进行转录组测序。使用自动化分析流程对数据进行处理,获得基因功能注释结果,然后进行组装完整性检测、差异表达分析、GO功能富集分析和KEGG通路富集分析。结果:1)构建了包括数据质量控制、数据组装、去除外源污染、去除交叉污染、过滤低表达转录本、去除冗余、去除错误组装和基因功能注释模块的非模式生物转录组自动化分析流程。2)将日本鼩鼹、日本小鼩鼹和长吻鼩鼹注释到的基因进行功能类别富集,分别获得26,885、20,705和19,119个GO term。3)与日本鼩鼹相比,日本小鼩鼹除肺组织外的组织显著上调表达基因中,与缺氧调控相关的基因的占比较高,心脏、肝脏、肺脏、肾脏和脾脏分别高0.93%、0.76%、-0.54%、0.10%和0.07%。4)日本小鼩鼹相比于日本鼩鼹存在差异表达调控,心脏、脾脏和肾脏有更明显的缺氧适应调节。5)日本小鼩鼹与日本鼩鼹相比,日本小鼩鼹在心脏组织中显著富集PI3K-Akt、MAPK、局部黏附、ECM受体相互作用和钙信号通路,此外,肥厚型心肌病、致心律失常型右室心肌病和扩张型心肌病三个疾病途径也显著富集。结论:1)首次构建了能够去除测序污染序列的非模式生物转录组自动化分析流程。2)首次获取了日本鼩鼹和日本小鼩鼹的转录组。3)日本小鼩鼹可能通过增加氧气渗透能力、抑制代谢率、减少细胞损伤的方式应对慢性缺氧。
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