TGEV感染的ST细胞mRNA和lncRNA表达谱变化及其功能预测

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猪腹泻病是制约我国养猪业健康发展最为突出的一类疾病,其中由猪传染性胃肠炎病毒(Transmissible gastroenteritis virus,TGEV)所致的猪腹泻病,即猪传染性胃肠炎(Transmissible gastroenteritis,TGE),流行范围广、危害大。目前TGE防治成效仍不理想,主要原因是对TGEV感染致病机制和宿主应答反应还缺乏足够的认识。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是新发现的一类具有重要生物学功能的分子,与细胞分化、个体发育和疾病发生关系密切,是生命科学研究的前沿热点。然而,迄今关于lncRNA是否在TGEV感染致病过程中发挥作用尚未见报道,对TGEV感染后宿主功能基因的应答反应及其机制也知之甚少。因此,本研究以猪睾丸(ST)细胞为试验材料,利用高通量测序技术揭示TGEV感染诱导的ST细胞mRNA/LncRNA表达谱变化,挖掘差异表达mRNA/lncRNA,再通过生物信息学手段分析预测差异表达mRNA/lncRNA在病毒感染过程中的功能,试图从mRNA和lncRNA两个角度探索ST细胞对TGEV的应答反应机制。本研究包括以下三方面:  (1)TGEV感染ST细胞早期和后期转录组文库的建立和高通量测序:将ST细胞分别用TGEV感染处理0h、6h和48h(每组3次生物学重复),分别代表未感染、感染早期和感染后期3个阶段,依次标记为MOCK、ST-TGEV-6h和ST-TGEV-48h。每组混合提取总RNA,构建RNA文库;利用RNA-seq技术对3组文库进行高通量测序。结果每组样品均获得了千万级数量的clean reads,其中50%以上的reads可以比对上参考基因组,这说明测序的通量确实高,大量的测序数据为后续的生物信息学分析提供了良好的基础。  (2)TGEV感染早期和后期ST细胞中差异表达mRNA的筛选分析:筛选组间差异表达的mRNA并进行KEGG和GO分析,分析差异mRNA在TGEV感染早期和后期参与的生物进程和信号通路;随机选取16个差异mRNA利用荧光定量PCR进行验证,检验测序结果的准确性。结果显示在TGEV感染早期,筛选得到436个差异表达的mRNA(ST-TGEV-6h比较MOCK),其中388个上调,48个下调;在TGEV感染后期,筛选到308个差异表达的mRNA(ST-TGEV-48h比较ST-TGEV-6h),其中182个上调,126个下调。差异mRNA的GO分析结果显示,差异mRNA广泛参与了细胞免疫、疾病、能量代谢、核酸代谢和组织发育等过程。本研究着重关注TGEV感染与细胞免疫的关系,通过KEGG分析发现:在TGEV感染早期,ST细胞激活了TNF,溶酶体和吞噬体等信号通路参与免疫应答;在感染后期,差异mRNA在 Toll样受体信号通路、NOD样受体信号通路和细胞凋亡等多个通路中富集。结合测序结果和荧光定量PCR对Toll样受体信号通路中的基因表达量进行分析,发现TGEV感染激活了Toll样受体信号通路中的TLR3信号通路,刺激了β干扰素(Interferon-β,IFN-β)的表达。  (3)TGEV感染早期和后期ST细胞中差异表达lncRNA的筛选分析:筛选组间差异表达的lncRNA并随机挑选25个差异lncRNA进行靶基因预测,结合mRNA测序及生物信息学分析结果,解析差异lncRNA在TGEV感染过程中的作用。随机选取8个差异lncRNA,利用荧光定量PCR进行验证,检验测序结果的准确性。结果显示,在TGEV感染早期有23个表达差异的已知lncRNA,其中上调15个,下调8个;病毒感染后期有67个差异已知lncRNA,其中上调7个,下调60个。LncRNA的靶基因预测结果显示,7差异个lncRNA具有 trans作用的靶基因,其中lncRNA LOC100524077预测的下游靶基因中SPP1和PKD2在TGEV感染过程中表达水平差异显著。此外,对测序数据进行分析预测,发现共有8142个新lncRNA表达,其中有4个新lncRNA在TGEV感染早期差异表达,4个新lncRNA在TGEV感染后期差异表达。荧光定量PCR检测结果与高通量测序结果相符,说明lncRNA筛选结果准确可靠。  总之,通过高通量测序技术,本研究揭示了TGEV感染诱导的ST细胞mRNA和lncRNA表达谱变化;发现TGEV感染诱导的ST细胞差异表达mRNA参与了数千种生物进程,且TGEV感染早期可激活TNF、溶酶体和吞噬体等免疫相关信号通路,后期还激活了TLR3/IFN-β信号通路,从而诱导IFN-β表达以发挥抗病毒免疫应答作用,对TGE防治具有重要参考价值;发现lncRNA LOC100524077可能通调控SPP1的表达而在TGEV感染ST细胞后期参与细胞免疫、细胞存活等过程;通过调控PKD2的表达,而参与细胞对电解质的吸收转运,为后续进一步研究lncRNA LOC100524077在TGEV感染过程中的调控作用提供思路。
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