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JHM:转录组测序技术用于评估纳米塑料分子毒理

前言

2020 年 8 月,华东师范大学赵云龙教授为通讯作者,在 Journal of Hazardous Materials (IF:9.038) 发表了题为“Polystyrene nanoplastic induces oxidative stress, immune defense, and glycometabolism change in Daphnia pulex: Application of transcriptome profiling in risk assessment of nanoplastics”的文章,该研究利用转录组测序技术评估了纳米塑料对于水蚤毒理的分子机制,华东师范大学刘志权博士为第一作者,文章中转录组测序和分析由欧易生物协助完成。

JHM:转录组测序技术用于评估纳米塑料分子毒理

 

研究背景

塑料垃圾会污染水环境。在长期环境作用下塑料垃圾会降解为微米级(1-5 μm)和纳米级颗粒(< 1 μm 或 < 100 nm)。目前对水环境中微米塑料开战了广泛研究,但受限于研究技术,对于纳米塑料的研究仍面临较大挑战。水蚤是研究纳米塑料作用的模式生物,因其具有生活史短、非选择性进食、分布广泛以及易于实验室内培养等特点。

 

本研究利用转录组测序,对纳米塑料暴露的水蚤进行检测,以筛选纳米塑料所影响的潜在基因和信号通路,为纳米塑料风险评估提供潜在生物标志物。

 

研究内容

本研究对纳米塑料暴露 96 小时后的蚤状溞,进行转录组测序检测。与对照组相比,共检测到 208 个差异表达基因,其中 107 个上调表达、101 个下调表达。这些差异表达基因主要参与氧化应激、免疫防御和糖代谢。本研究为纳米塑料的分子毒理提供了一些新见解。

 

实验技术

对孵化 24 小时以内的蚤状溞,随机暴露于 0 mg/L 和 1 mg/L 的纳米塑料(平均粒径 71.18 ± 6.03 nm),暴露 96 个小时后,收集蚤状溞样品进行转录组测序,20 只水蚤混合作为一个重复,每组 3 个重复。

 

研究结果

1. 转录组测序与组装

平均每个样本测序 49 M raw reads,经过滤后获得 48.5 M clean reads 用于后续分析。利用 Trinity 软件进行 de novo 组装,共获得 17,619 条 unigene,unigene 平均长度 1664.33 bp(N50 = 2381 bp)。经 BUSCO 评估显示组装出了 96.7% 的完整基因,说明组装结果质量较好。

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图片说明:转录组测序数据统计

分别利用 NR、Swiss-Prot、KEGG、KOG、eggNOG、GO 和 pfam 数据库,对组装获得的 unigene 进行了功能注释。

 

2. 差异表达基因筛选

纳米塑料暴露组与对照组相比,共有 208 个基因的表达存在差异,其中 107 个基因表达上调、101 个基因表达下降。

JHM:转录组测序技术用于评估纳米塑料分子毒理

图片说明:差异表达基因热图

 

3. 差异表达基因的功能富集分析

对于上述 208 个差异表达基因,为了分析其功能,分别进行了 GO 和 KEGG 富集分析。富集分析结果如下图所示。

JHM:转录组测序技术用于评估纳米塑料分子毒理

图片说明:差异表达基因 GO 富集结果


 

JHM:转录组测序技术用于评估纳米塑料分子毒理

图片说明:差异表达基因 KEGG 富集结果

 

4. 转录组测序结果的 RT-PCR 验证

针对上述差异表达基因,从中挑选了 15 个基因利用 RT-PCR 技术进行了定量验证,结果显示转录组测序与 RT-PCR 具有较高的吻合率,相关系数为 0.83,表明转录组测序具有较高的可信度。

JHM:转录组测序技术用于评估纳米塑料分子毒理

图片说明:RT-PCR 验证结果

 

参考文献

Liu Z, Li Y, Pérez E, et al. Polystyrene nanoplastic induces oxidative stress, immune defense, and glycometabolism change in Daphnia pulex: Application of transcriptome profiling in risk assessment of nanoplastics. J Hazard Mater 2020; 402: 123778.

 

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