黑腹果蝇长链非编码RNA对非生物胁迫的响应与调控网络分析

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生物体通过复杂的应激反应机制来应对不断变化的自然环境。目前相关研究多关注蛋白编码基因的功能,而长链非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA)的应激调控作用尚不清楚。本研究以黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)为对象,从长链非编码基因的角度研究黑腹果蝇胁迫应激反应,利用非生物胁迫处理的黑腹果蝇RNA-seq测序数据,分析了胁迫诱导的差异表达lncRNA基因,构建了lncRNA参与调控的共表达网络,并明确了调控网络的核心lncRNA。具体研究结果如下:1.黑腹果蝇非生物胁迫转录组组装及lncRNA差异表达分析利用美国国家生物信息中心(NCBI)数据库中黑腹果蝇的饮食营养失衡、温度变化、有毒有害物质暴露及光照周期失衡等非生物胁迫处理的910个RNAseq测序数据,进行转录组组装,共注释了17,392个基因,其中3,612个为lncRNA基因,包括1,179个新发现的lncRNA基因。差异表达分析显示,在饥饿等饮食营养失衡胁迫下共有402个lncRNA表达显著上调,270个lncRNA表达显著下调;温度变化胁迫下共有1,500个lncRNA显著上调,1,548个lncRNA显著下调;辐射等有毒有害物质暴露胁迫下共有45个lncRNA显著上调,426个lncRNA显著下调;而光照周期失衡下仅有1个lncRNA显著下调。上述结果表明,lncRNA参与非生物胁迫下果蝇的应激反应过程。2.胁迫相关lncRNA的调控网络分析利用加权基因共表达网络分析(WGCNA),发现在饥饿、低温、辐射胁迫下分别有7、2、2个与处理高度相关的模块含有胁迫相关lncRNA。结合差异表达分析结果,对模块中与胁迫相关lncRNA表达相关的蛋白编码基因进行GO和KEGG富集分析。结果表明,饥饿胁迫下,基因显著富集于碳代谢、吞噬体、溶酶体、长寿调节、化学刺激检测、细胞增殖与凋亡等相关通路;低温胁迫下,基因显著富集于磷脂酰肌醇信号系统、Hippo信号通路、碳代谢、糖酵解、吞噬体等通路;高剂量辐射下,基因显著富集于碳代谢通路,参与化学刺激感知、tRNA氨酰化等生物学过程。上述结果表明,胁迫相关lncRNA参与果蝇能量代谢、信号传导、细胞增殖及凋亡等应激生理过程,与不良环境下果蝇对外界感知、内部代谢及整体稳态维持紧密关联,从而在应激反应中发挥重要调控作用。3.核心(hub)lncRNA筛选及网络构建通过模块共表达网络构建与可视化,筛选发现分别有98、135、8个hub lncRNA在饥饿、低温、辐射胁迫应激调控网络中发挥关键核心作用。Hub lncRNA及其共表达蛋白编码基因,共同构成了果蝇非生物胁迫下的复杂应激基因调控网络,为研究非编码RNA参与调控果蝇非生物胁迫应激反应机制提供了重要的数据资源信息。
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