模拟失重条件下大肠埃希菌转录组测序、差异基因及富集分析结果（二）
2结果
为保证实验结果的可靠性，对正常重力和模拟失重两组间差异基因及相应通路进行分析，具体分析步骤参照文献进行。
2.1基因表达差异分析
研究发现，在模拟失重环境下培养大肠埃希菌14 d后，共检测到229个表达差异显著的基因，其中158个基因上调，71个基因下调(图1)。上调基因主要包括参与一些嘌呤嘧啶核苷酸的水解及转运等代谢相关基因(如rihA、xanQ、ghxQ)、DNA结合转录调节因子(如ycaN、allS、feaR、caiF、gadE、dctR、rhaR)、主要构成1型菌毛的相关基因(如fimG、fimH、fimA、fimB)和一些功能未知的蛋白(如yoaL、fxsA、ymcE、ybfB、ytiA、dsrB、yliM)等。下调基因主要包括参与一些氨基酸合成及水解等代谢相关基因(如asnA、ansB、tnaA、asnB)、RNA聚合酶sigma因子(fecI)和生物膜形成调节因子(bssR)等。
2.2 GO基因富集分析结果
经过GO功能注释分析(图2)发现，差异基因在基因的分子功能方面主要集中在分子转运、抗氧化、酶调节、转录因子活性等；在所处的细胞位置方面主要集中在细胞膜、细胞器、含蛋白质分子混合物等；在参与的生物过程方面主要集中在对刺激的反应、细胞杀伤、生化代谢等。
GO基因富集分析结果显示，差异基因富集到3个大类中的14个小类：包括生物过程类6条通路(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；阳离子通过膜运输的过程；甘油跨膜转运过程；L-氨基酸转运过程)、分子功能类5条通路(外膜界周质间隙的合成代谢；烷基过氧化氢还原酶复合物的合成代谢；质膜的合成代谢；菌毛的合成代谢；钾离子转运ATP酶复合物)、细胞组分类3条通路(阳离子跨膜转运蛋白活性的代谢；羧酸跨膜转运蛋白活性的代谢；同转运体活性的代谢)。
2.3 KEGG基因富集分析结果
KEGG分析差异基因表达显示，229个差异基因中有69个基因(47个基因上调，22个基因下调)富集于68条通路，且大部分为代谢相关通路，主要以上调基因的富集通路为主，包括甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等氨基酸代谢(图3)，果糖和甘露糖等糖类代谢，甲烷、硫、核黄素等代谢，嘌呤、嘧啶代谢，卟啉与叶绿素、抗坏血酸和醛酸代谢，丙酸、丁酸代谢，以及一些化合物的生物合成与降解。
图1两组间表达差异火山图
图2差异基因GO注释分类柱状图
图3甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等氨基酸代谢通路图
3讨论
本研究在模拟失重条件下对大肠埃希菌进行连续传代培养14 d后进行转录组测序，结果显示，模拟失重导致大肠埃希菌基因表达差异，共有229个表达差异显著基因(158个基因上调，71个基因下调)。KEGG富集通路结果显示，229个差异基因中共有69个基因(47个基因上调，22个基因下调)能匹配到已知的通路中，这些基因共富集于68条通路，其中52条通路为代谢相关通路，且主要以上调基因的富集通路为主。
过往研究表明，在模拟失重条件下用含有甘油的LB培养基培养后，大肠埃希菌K12共发现100个差异基因(53个基因上调，47个基因下调)；KEGG分析结果显示，共有15个差异基因富集到16条不同通路。同时有研究表明，大肠埃希菌K12在模拟失重条件连续传代培养两周后出现基因差异，共有142个基因差异表达，其中58个基因上调(包括一些耐药基因和核苷酸代谢基因)，84个基因下调；KEGG分析结果显示共有43个差异基因富集在49条通路中。
这些研究结果均表明，大肠埃希菌在受到模拟失重条件的影响后，会发生基因改变，同时在基因分析中发现上调的基因包括一些参与核苷酸代谢的基因，这与我们的研究结果一致。但所有差异基因及其所富集的通路仍有不同，考虑应为菌株及培养条件不同所致。
在之前的研究中对培养14 d后的大肠埃希菌进行生化代谢检测，发现模拟失重条件培养后的大肠埃希菌对丝氨酸、丙氨酸和天冬氨酸的利用增加，与该研究中KEGG分析结果所发现的差异基因富集在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路中相符合。
本研究明确了大肠埃希菌在模拟失重条件下培养后出现的差异基因及其所富集的相关通路，下一步我们将在此基础上验证在模拟失重条件下大肠埃希菌在动物体内的毒力变化，同时筛选出与代谢、生物学性状、耐药和细菌毒力密切相关的差异基因，并根据其所富集的相关通路，研究其发生相关表型变化的具体机制，为空间站内的环境消杀提供基础，并为航天员的身体健康提供有力的保障。
相关新闻推荐
2、产单核细胞李氏杆菌噬菌体分离、超离、宿主谱鉴定及生长曲线绘制（三）