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整合寄主及微生物转录组分析研究微生物对大肠炎转录组层面的响应

研究背景

        炎性肠病大肠微生物群落常会发生显著性改变，但对这种改变的认识很少。本研究以小鼠为模型采用宏基因组学和宏转录组学分析大肠微生物菌群的在细菌群落结构和转录活性上的改变。同时，对小鼠的大肠组织和官腔组织的RNA也进行了转录组分析。并且研究了微生物转录组对大肠炎进行响应时寄主转录组的改变情况。

研究方法

1 基因GO富集分析微生物群落组成。a：实验小鼠分组情况；b：14天的小鼠组织学评估大肠情况；c：宏基因组序列比对到属的数目；d：宏转录组序列比对到属的数目；e：宏基因组序列分布的主要属；f：宏转录组序列分布的主要属。

2 肠炎稳定状态时不同丰度的微生物属。a：DNA-seq与RNA-seq鉴定属的种类；b：RPM分布；c：相关性分析；d：DNA-seq主成分分析；e：RNA-seq主成分分析；f：重复样本的主成分分析；g: GSEA富集分析；h：GSEA富集得分分布；k：属差异丰度聚类热图。

3 宏基因组与宏转录组功能富集分析。a：DNA-seq eggNOG富集分析；b：RNA-seq eggNOG富集分析；c：属eggNOG富集分析；d：carbohydrate transport and metabolism中前10个富集术语。

4 差异富集NOGs分析。a：DNA-seq与RNA-seq富集NOGs种类；b：RPM分布；c：相关性分析；d：主成分分析；e主成分分析；f：DNA-seq与RNA-seq富集NOGs重叠种类；g：NOG富集倍数；h：属组成；j：相关性分析；k：重复宏转录组富集NOGs富集。

5 表达上调、肠炎响应的NOGs主要是乳酸菌和细菌。a：宏基因组与宏转录组数据的相关性；b：属reads的组成；c：热图显示上调的属；d：COG0783: Dps/ferritin的倍数变化；e：COG2837: Fe-dependent peroxidase的倍数变化；f：COG0435: glutathione S-transferase的倍数变化。

研究结论

       我们发现基因的丰度和涉及基因家族的种类均有增加，并富集到营养不良、抗微生物肽和氧化压力，信息说明多个共生属的微生物已经能够承受一些类炎症环境中带来的多种环境因子的压力。肠道管腔中激活的巨噬细胞和粒性白血球的转录组分析发现，一些关键的抗微生物基因S100a8和S100a9被显著激活。微生物抵抗氧压力的一些功能包括Dps/ferritin、Fe-dependent peroxidase、glutathione S-transferase的表达发生了显著的差异。这些说明，增加的氧压力和寄主驱动产生的氧压力在促进共生微生物转录组改变上发挥了重要作用。

参考文献