Analysis of weighted gene co-expression network of triterpenoid-related transcriptome characteristics from different strains of Wolfporia cocos
- 作者
- Guiping Zeng, Zhong Li, Zhi Zhao
- 杂志
- Scientific Reports（2021）
- DOI
- 10.1038/s41598-021-97616-6
- 所属领域
- 代谢工程
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解决的核心问题
解析茯苓（Wolfporia cocos）不同菌株中三萜生物合成相关的关键基因与调控因子，为工程菌三萜生物合成提供遗传改造靶点。
研究策略
选取高产（DZAC-Wp-H-29）与低产（DZAC-Wp-L-123）单孢菌株，在培养17、34、51天时取样进行转录组测序；用WGCNA构建加权基因共表达网络，结合GO/KEGG富集分析和Cytoscape共表达网络，筛选与三萜合成相关的核心基因。
研究路线图
核心内容
该研究选取高产与低产茯苓单孢菌株，在培养17、34、51天时取样进行转录组测序，并运用加权基因共表达网络分析（WGCNA）解析三萜生物合成相关基因网络。通过构建共表达网络并结合GO/KEGG富集分析，从14个模块中筛出蓝色、棕色和bisque4三个与三萜含量显著相关的模块，其中蓝-棕模块相关系数为-0.7。高低产菌株间三个时间点共发现698个重叠差异表达基因，约为菌株内重叠数的10.7倍和7.1倍。转录组组装获得16,879个基因，N50为2,673 bp。结合共表达网络分析，鉴定出8个三萜合成核心基因（ACAT1-b、hgsA、mvd1、SQLE、erg6、TAT、erg26、erg11）以及Pm20d2、norA等通路外高连通性调控因子。RT-qPCR验证结果与转录组数据显著相关（r=0.530）。该研究揭示了茯苓三萜积累与甾醇代谢通路基因表达的密切关联，鉴定的核心基因和调控因子为茯苓三萜生物合成的遗传改造提供了潜在靶点。
创新点
将WGCNA应用于茯苓三萜转录组特征分析；发现三萜生物合成与甾醇代谢通路基因表达密切相关；鉴定出8个核心基因和Pm20d2、norA等通路外调控因子。
研究对象（10）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甲羟戊酸途径（三萜生物合成上游） | ACAT1-b | 乙酰辅酶A C-乙酰转移酶 | 催化 | 核心基因，催化乙酰辅酶A→乙酰乙酰辅酶A |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甲羟戊酸途径 | hgsA | 羟甲基戊二酰辅酶A合酶 | 催化 | 核心基因，催化乙酰乙酰CoA→羟甲基戊二酰CoA |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甲羟戊酸途径 | mvd1 | 二磷酸甲羟戊酸脱羧酶 | 催化 | 核心基因，催化5-二磷酸甲羟戊酸→异戊烯基二磷酸 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甾醇/三萜生物合成 | SQLE | 角鲨烯单加氧酶 | 催化 | 核心基因，催化角鲨烯→2,3-氧化鲨烯 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甾醇生物合成 | erg6 | 甾醇24-C-甲基转移酶 | 催化 | 核心基因，催化酵母甾醇→表甾醇 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 三萜合成相关分支（氨基酸代谢） | TAT | 酪氨酸转氨酶 | 催化 | 核心基因，催化酪氨酸→4-羟基苯丙酮酸 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甾醇生物合成 | erg26 | 甾醇4α-羧酸3-脱氢酶 | 催化 | 核心基因，甾醇合成关键酶 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 甾醇生物合成 | erg11 | 羊毛甾醇14α-脱甲基酶（细胞色素P450） | 催化 | 核心基因，甾醇合成关键酶 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 三萜调控网络（通路外） | Pm20d2 | 肽酶M20结构域蛋白2 | 调控 | 通路外高连通性调控因子，与erg26、ERG2、TAT正相关，与erg11负相关 |
| Wolfporia cocos（茯苓） | 三萜调控网络（通路外） | norA | 芳基醇脱氢酶 | 调控 | 通路外高连通性调控因子，与erg26、ERG2、TAT间接相关 |
关键发现
- 通过WGCNA从14个模块中筛出蓝色、棕色和bisque4三个与三萜含量相关模块，模块间相关系数分别为蓝-棕 -0.7、蓝-bisque4 -0.59、棕-bisque4
- 24。高低产菌株间三个时间点共698个重叠DEGs，是菌株内重叠数（65、98）的10.7倍和7.1倍
- 34、51天菌株间DEGs分别为2035、3115、2681。RNA-seq组装得到16,879个基因，N50=2,673 bp，平均长度1,602 bp。RT-qPCR验证与转录组数据相关性r=0.530（P<0.001）。鉴定出8个三萜合成核心基因：ACAT1-b、hgsA、mvd1、SQLE、erg6、TAT、erg26、erg11，以及通路外高连通性调控因子Pm20d2和norA。
研究结论
茯苓三萜生物合成与三萜/甾醇代谢通路中的8个核心基因（ACAT1-b、hgsA、mvd1、SQLE、erg6、TAT、erg26、erg11）以及Pm20d2、norA等通路外调控因子和蛋白酶基因的表达密切相关；三萜积累与甾醇代谢通路基因表达密切相关。