刺激隐核虫感染大黄鱼的miRNA和mRNA组学测序及关联分析

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大黄鱼(Larimichthys crocea Richardson,1846)曾是我国的传统四大海洋渔业对象之一,也是我国目前最主要的海水网箱养殖经济鱼类之一,2015年养殖年产量超过14万吨。近年来由于发展模式的制约,养殖管理的缺失,加之养殖环境的严重污染,大黄鱼养殖过程中的各种病毒性疾病,细菌疾病和寄生虫疾病日趋严重,其中以刺激隐核虫(Cryptocaryon irritans)病的危害最为严重。其所感染大黄鱼并导致继发性的细菌感染,造成养殖大黄鱼大面积死亡,对该养殖产业损失极大。  本研究采用多组学研究方法,利用miRNA-seq和mRNA-seq高通量测序技术,分析了大黄鱼肝脏组织和鳃组织在感染刺激隐核虫前后,以及感染刺激隐核虫不同敏感组间的差异表达miRNA和差异表达mRNA基因,筛选差异表达miRNA和差异基因进行KEGG信号通路富集,以分析大黄鱼响应刺激隐核虫感染的关键信号通路。此外,根据两个组学的测序结果,对miRNA-mRNA进行关联分析,绘制关联调控网络图,筛选大黄鱼响应刺激隐核虫感染的关键miRNA及其靶基因;还通过实时荧光定量PCR方法对差异表达miRNA和mRNA基因进行了定量分析验证,结果表明miRNA-seq和mRNA-seq高通量测序结果准确、可信。本研究的主要结果如下:  (1)大黄鱼感染刺激隐核虫miRNA测序分析。成功构建了大黄鱼感染刺激隐核虫前后,肝脏组织与鳃组织对照组(L-c/G-c)、感染敏感组(L-s/G-s)及感染非敏感组(L-ins/G-ins)的miRNA文库。肝脏组织中,L-c、L-s、L-ins组鉴定到已知miRNA数量分别为496、465和504条;鉴定到novel-miRNA分别为562、580和526条;L-c与L-s组,差异表达miRNAs共83条; L-c与L-ins组差异表达miRNAs共78条;鳃组织中,G-c、G-s、G-ins组鉴定到已知miRNA分别为478、552和606条;鉴定到novel-miRNA分别为555、543和529条;G-c与G-s组差异表达miRNAs共65条;G-c与G-ins组间差异表达miRNAs共76条。随机选取10条miRNA进行real-time PCR验证,结果与测序结果基本一致,验证测序结果的准确性和可靠性。差异基因的KEGG信号通路分析结果显示,不同组间的差异基因富集结果略有不同,但基本都显著富集于脂质代谢以及一系列免疫相关通路中。  (2)大黄鱼感染刺激隐核虫mRNA测序分析。构建大黄鱼感染刺激隐核虫前后,肝脏组织与鳃组织对照组(L-c/G-c)、感染敏感组(L-s/G-s)及感染非敏感组(L-ins/G-ins)的mRNA文库,分析了差异基因在刺激隐核虫感染前后、以及感染不同敏感组间的表达模式;对各个文库的剪切类型进行分析比较,显示各个文库中以intergenic基因间区剪切类型的比例最高,而鳃组织中可变剪切的数量要高于肝脏组织中。统计结果显示,共注释到20282条已知基因,预测到新基因的数量为1064条;L-c、L-s及L-ins样品组分别注释到已知基因数为16668,16502和15686条,预测新基因数目为771,747和686条。而在鳃组织样品组中,注释和预测的基因数目较多,G-c、G-s及G-ins样品组注释到已知基因18898,18187和18218条,预测到新基因分别为978,945和954条。KEGG通路富集分析结果显示,各组间差异基因多显著富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用信号通路(Cytokine-cytokine receptor interaction)、花生四烯酸代谢通路(Arachidonic acid metabolism)中,且不同组间富集模式有所不同。  (3)对差异表达miRNA及mRNA进行关联分析,绘制关联调控网络,分析miRNA参与的生物学过程。筛选到mir-466-x,mir-466-y,mir-4968-y,mir-8485-y和mir-1895-y等具有多靶基因的关键miRNA,表明miRNA可调控多个靶基因的表达,且单个靶基因也有可能受到多个miRNA的协同调控作用。  综上所述,采用miRNA-seq和mRNA-seq高通量测序技术,从miRNA和mRNA两个组学的水平对于大黄鱼肝脏及鳃组织响应刺激隐核虫感染进行了系统研究。筛选出差异表达miRNA与mRNA,并通过GO功能注释、KEGG富集分析、miRNA-mRNA关联调控网络分析及real-time PCR对差异基因进行研究和验证。研究结果为宏观了解大黄鱼响应刺激隐核虫感染的生理过程和后续免疫相关关键基因的研究提供了基础资料。
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