对原核微生物转录组测序的应用

背景及概述

原核微生物转录组测序是指利用第二代高通量测序技术对原核生物的转录本（mRNA和非编码RNA）进行测序，全面快速地获取特定微生物在特定状态下的所有转录本的信息。通过转录组测序研究可以揭示微生物不同表现型形成的分子调控机制。原核转录组测序是基于HiSeq平台，构建普通去rRNA文库或链特异性去rRNA文库，研究原核生物在某个时期或特定环境条件下转录出来的所有mRNA。其中，构建链特异性文库可以深入挖掘基因结构和sRNA信息，进一步为基因网络调控研究提供有力支撑。

分析内容

应用^【1-2】

案例一：利用转录组测序阐明地中海拟无枝酸菌U32产生利福霉素的分子机制

地中海拟无枝酸菌（Amycolatopsis mediterranei U32）是一种能够在硝酸盐培养基中产生利福霉素的功能菌。为了深入揭示其分子机制，作者对其进行了转录组研究。结果发现，U32菌株在硝酸盐培养条件下存在很多利福霉素生物合成相关的基因发生转录，当菌株在不含硝酸盐的培养基中生长时，这些基因的转录水平从对数生长期到稳定生长期早期急剧下降，推测可能是由于硝酸盐通过前体供应促进利福霉素生物合成酶途径进而刺激利福霉素的产生。本研究通过转录组测序的手段阐明了地中海拟无枝酸菌的利福霉素生物合成途径。

案例二：利用链特异性转录组测序研究保加利亚乳酸杆菌

德氏乳杆菌保加利亚亚种 2038（Lb. bulgaricus 2038）是一种用作乳制品发酵剂的工业菌种。研究人员利用RNA-seq探究菌株4种不同生长阶段的转录表达情况，结果发现，大多数通路中基因表达同生长阶段呈现出高度相关性。在此基础上，作者重建了碳水化合物运输和代谢途径，并对不同生长阶段的蛋白酶和氨基酸转运系统基因进行了聚类分析，揭示了该菌株具有高效的氮源利用系统。研究还表明ncRNA在乳酸菌基因表达中具有潜在调控作用。此研究揭示了Lb. bulgaricus 2038 的作用机制，并为其在工业上的进一步应用奠定了基础。

主要参考资料

[1] Shao Z H, Ren S X, Liu X Q, et al. A preliminary study of the mechanism of nitrate-stimulated remarkable increase of rifamycin production in Amycolatopsis mediterranei U32 by RNA-seq[J]. Microbial cell factories, 2015, 14(1): 75.

[2] Zheng H, Liu E, Shi T, et al. Strand-specific RNA-seq analysis of the Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus transcriptome[J].Molecular BioSystems, 2016, 12(2): 508-519.