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整合寄主及微生物轉錄組分析研究微生物對大腸炎轉錄組層面的響應

研究背景

        炎性腸病大腸微生物群落常會發生顯著性改變，但對這種改變的認識很少。本研究以小鼠為模型采用宏基因組學和宏轉錄組學分析大腸微生物菌群的在細菌群落結構和轉錄活性上的改變。同時，對小鼠的大腸組織和官腔組織的RNA也進行了轉錄組分析。并且研究了微生物轉錄組對大腸炎進行響應時寄主轉錄組的改變情況。

研究方法

1 基因GO富集分析微生物群落組成。a：實驗小鼠分組情況；b：14天的小鼠組織學評估大腸情況；c：宏基因組序列比對到屬的數目；d：宏轉錄組序列比對到屬的數目；e：宏基因組序列分布的主要屬；f：宏轉錄組序列分布的主要屬。

2 腸炎穩定狀態時不同豐度的微生物屬。a：DNA-seq與RNA-seq鑒定屬的種類；b：RPM分布；c：相關性分析；d：DNA-seq主成分分析；e：RNA-seq主成分分析；f：重復樣本的主成分分析；g: GSEA富集分析；h：GSEA富集得分分布；k：屬差異豐度聚類熱圖。

3 宏基因組與宏轉錄組功能富集分析。a：DNA-seq eggNOG富集分析；b：RNA-seq eggNOG富集分析；c：屬eggNOG富集分析；d：carbohydrate transport and metabolism中前10個富集術語。

4 差異富集NOGs分析。a：DNA-seq與RNA-seq富集NOGs種類；b：RPM分布；c：相關性分析；d：主成分分析；e主成分分析；f：DNA-seq與RNA-seq富集NOGs重疊種類；g：NOG富集倍數；h：屬組成；j：相關性分析；k：重復宏轉錄組富集NOGs富集。

5 表達上調、腸炎響應的NOGs主要是乳酸菌和細菌。a：宏基因組與宏轉錄組數據的相關性；b：屬reads的組成；c：熱圖顯示上調的屬；d：COG0783: Dps/ferritin的倍數變化；e：COG2837: Fe-dependent peroxidase的倍數變化；f：COG0435: glutathione S-transferase的倍數變化。

研究結論

       我們發現基因的豐度和涉及基因家族的種類均有增加，并富集到營養不良、抗微生物肽和氧化壓力，信息說明多個共生屬的微生物已經能夠承受一些類炎癥環境中帶來的多種環境因子的壓力。腸道管腔中激活的巨噬細胞和粒性白血球的轉錄組分析發現，一些關鍵的抗微生物基因S100a8和S100a9被顯著激活。微生物抵抗氧壓力的一些功能包括Dps/ferritin、Fe-dependent peroxidase、glutathione S-transferase的表達發生了顯著的差異。這些說明，增加的氧壓力和寄主驅動產生的氧壓力在促進共生微生物轉錄組改變上發揮了重要作用。

參考文獻