Transcriptome profiling and co-expression network analysis of 96 Haematococcus pluvialis samples
- 作者
- Bin Hu, Kai Liu, Feichao Du, Hailiang Xing, Xiaoyuan Su, Tao Hu, Feng Chen, Yujie Qin, Zhaozhen Dong, Xue Sun, Liuquan Zhang, Jagrood Pandhal, Nianjun Xu, Chaoyang Hu
- 杂志
- Scientific Data（2025）
- DOI
- 10.1038/s41597-025-05533-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析雨生红球藻在生长调控、虾青素积累和次级细胞壁合成等关键过程中的分子机制，并提供高质量转录组数据和共表达网络资源。
研究策略
对96个不同处理和时间点的雨生红球藻样本进行RNA-seq，经质控、比对和TPM定量后，利用WGCNA构建加权基因共表达网络；对参考基因组中未注释基因进行多数据库重注释，并预测转录因子。
核心内容
本研究对雨生红球藻NBU489在96个不同处理和时间点下的样本进行转录组测序，共获得约96.7 GB高质量数据（20.8亿条clean reads），平均比对率为63.31%。通过WGCNA以软阈值β=7构建加权基因共表达网络，鉴定出39个共表达模块，平均每个模块含732个基因。对参考基因组中未注释基因进行多数据库重注释，为8,598个先前未表征基因赋予功能描述，并预测到245个转录因子分属45个家族。模块-通路关联分析显示，虾青素合成限速基因BKT3位于salmon4模块，富集于类胡萝卜素和萜类骨架生物合成通路；次级细胞壁合成相关基因（GMPP、OCH1、MNNs、甘露聚糖合酶）位于bisque4模块，富集于半乳糖代谢和甘露糖型O-聚糖生物合成通路。多个样本表现出虾青素积累而不伴随次级细胞壁形成的解偶联现象，且两个与salmon4和bisque4均呈负相关的模块共同富集于嘌呤代谢通路。该数据集为解析雨生红球藻生长调控、虾青素积累及次级细胞壁生物合成的分子机制提供了宝贵资源，揭示了不同基因模块在应激响应代谢调控中的功能特化。
创新点
构建了包含96个样本的大规模雨生红球藻转录组数据集；通过重注释为8598个先前未表征基因赋予功能描述；利用WGCNA识别39个共表达模块，并结合模块-通路关系揭示虾青素积累与次级细胞壁合成之间的解偶联现象。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Haematococcus pluvialis NBU489 | 虾青素生物合成 | BKT3 | β-胡萝卜素酮醇酶 | 催化 | 虾青素生物合成限速基因，位于WGCNA salmon4模块 |
| Haematococcus pluvialis NBU489 | 次级细胞壁生物合成 | GMPP | 甘露糖-1-磷酸鸟苷酰转移酶 | 催化 | 参与SCW生物合成，位于bisque4模块 |
| Haematococcus pluvialis NBU489 | 次级细胞壁生物合成 | OCH1 / MNNs | 甘露糖基转移酶 | 催化 | 参与SCW生物合成，位于bisque4模块 |
| Haematococcus pluvialis NBU489 | 次级细胞壁生物合成 | 甘露聚糖合酶基因 | 甘露聚糖合酶 | 催化 | 参与SCW生物合成，位于bisque4模块 |
| Haematococcus pluvialis NBU489 | 嘌呤代谢 | — | — | 调控 | 与salmon4和bisque4模块均呈负相关的palevioletred2和coral2模块富集于嘌呤代谢通路，促进细胞增殖并抑制SCW和虾青素积累 |
| Haematococcus pluvialis NBU489 | 转录调控 | 转录因子（GNAT、SNF2、MYB-related、SET、C2H2等） | — | 调控 | 共预测到245个转录因子，分属45个家族 |
关键发现
- 共获得96.7 GB高质量数据（2,080,511,173条clean reads，质量分数>30），平均比对率为63.31%。WGCNA以软阈值β=7（R²>0.9）构建网络，鉴定出39个共表达模块，平均每个模块732个基因（最少31个，最多5,312个）。重注释共为8,598个未表征基因提供功能注释，其中TrEMBL 4,012个、eggNOG 4,306个、SwissProt 2,322个、GhostKOALA 5,314个、InterProScan 4,426个
- 同时预测到245个转录因子，分属45个家族。生物学重复间相关系数约0.950，高光样本间平均相关系数0.758，低光样本间0.841，高光与低光样本间仅0.558。虾青素合成限速基因BKT3位于salmon4模块，该模块富集于类胡萝卜素生物合成、萜类骨架生物合成等通路
- 次级细胞壁合成相关基因（GMPP、OCH1、MNNs、甘露聚糖合酶）位于bisque4模块，富集于半乳糖代谢、甘露糖型O-聚糖生物合成等通路。多个样本表现出虾青素积累而不伴随次级细胞壁形成的解偶联现象，且与salmon4和bisque4均呈负相关的palevioletred2和coral2模块共同富集于嘌呤代谢通路。
研究结论
该数据集为研究雨生红球藻生长调控、虾青素积累及次级细胞壁生物合成的分子机制提供了宝贵资源，WGCNA模块与通路分析揭示了不同基因模块在应激响应代谢调控中的功能特化。