Ayyappa Kumar Sista Kameshwar, Wensheng Qin

placentei

Departamentul de Biologie, Universitatea Lakehead, 955 Oliver Road, Thunder Bay, Ontario, P7B 5E1, Canada.

Citare:
Kameshwar AKS, Qin W. Rețele moleculare ale Postia placenta Implicat în degradarea biomasei lignocelulozice dezvăluite din analiza metadatelor a datelor de expresie genetică cu acces deschis. Int J Biol Sci 2018; 14 (3): 237-252. doi: 10.7150/ijbs.22868. Disponibil de pe https://www.ijbs.com/v14p0237.htm

Cuvinte cheie: Postia placenta, Dezintegrare maro, expresie genică, NCBI-Expresie genică omnibus (GEO), lignoceluloză, reacția lui Fenton

Reprezentarea picturală a distribuției CAZymes (GH-glicozid hidrolaze, GT-glicozil transferaze, activitate AA-auxiliară, domenii de legare CBM-carbohidrați, esteraze CE-carbohidrați, EXPN-expansină ca protene, PL-polizaharide liază) în P. placenta MAD-698- Rv1.0 (A) iar numărul de sus indică numărul de gene care codifică o anumită clasă de enzime și fiecare bară prezintă intern diferite sub-clase de enzime și numărul de gene care codifică enzimele corespunzătoare, (B) Comparația CAZymes la nivel de genom între P. placenta și P. chrysosporium

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Înțelegerea mecanismelor moleculare fundamentale utilizate de P. placenta în timpul degradării lemnului va ajuta în mod semnificativ industriile în creștere a biocombustibililor să dezvolte metode noi și eficiente pentru descompunerea unităților de carbohidrați (celuloză și hemiceluloză) prin modificarea selectivă a ligninei (prin demetoxilare și scindare limitată a inelului). În acest studiu, am efectuat analize de metadate ale expresiei genelor pe microarray și seturi de date RNA-Seq disponibile public pe P. placenta să înțeleagă modelele comune de exprimare a genelor necesare în timpul progresului reacțiilor Fenton, metabolismul oxalat, H2O2 și generațiile de radicali liberi, degradarea lignocelulozei (CAZime și oxidoreductaze).

În același timp, seturile de date au fost, de asemenea, analizate folosind software-ul GeneSpring® v.14.8. Seturile de date de expresie genică au fost recuperate folosind opțiunea „Import NCBI GEO experiment” prin salvarea fișierelor eșantion GEO în folderul local. Experimentele au fost create ca o singură culoare generică prin aplicarea următoarelor condiții de preprocesare „Valoarea pragului setată la 1,0”, „Normalizarea folosind deplasarea a 75-a percentilă”, valorile eșantionului au fost transformate în baza logaritmică 2 și bazate pe mediana tuturor eșantioanelor. Condițiile experimentale au fost preluate din experimentul GEO corespunzător și literatura de specialitate, a fost folosită pentru gruparea probelor. Eșantioanele au fost filtrate folosind „Probesets by expression”, cu parametrii setați la filtrarea datelor pe date normalizate și filtrarea după percentilă (percentila superioară setată la 100,0 și respectiv percentila inferioară 20,0). Pe baza condițiilor experimentale, s-a efectuat testul Anova unidirecțional și respectiv testul T moderat. Cu toate acestea, pentru setul de date GSE84529, probele au fost preluate și experimentul a fost creat fără pași de preprocesare. Am efectuat o analiză a modificării pliurilor pe probele grupate folosind valorile FPKM și transcrierile exprimate diferențial> 2.0 au fost recuperate pentru analiză.

Fluxul de lucru detaliat pas cu pas utilizat pentru analiza metadatelor P. placenta seturile de date de expresie genică au fost prezentate în Fig. 2.

Detalii platformă a Postia placenta date de expresie genică:

ID de aderare SubstratePlatformSamplesRef
GSE84529Napolitane din lemnIllumina HiSeq (Postia placenta)9[21]
GSE69004Tulpini din lemn de plopNimbleGen_UW/FPL Postia placenta MAD-698 întregul genom 37K expresie matricea versiunea 123[20]
GSE29656Aspen măcinat cu bile
Pin măcinat cu bile		NimbleGen_UW/FPL Postia placenta MAD-698 întregul genom 37K expresie matricea versiunea 16[16]
GSE12540Glucoza Celuloza
Aspen măcinat cu bile		NimbleGen_UW/FPL Postia placenta MAD-698 întregul genom 37K expresie matrice versiunea 19[1, 22]

Flux de lucru personalizat pas cu pas utilizat pentru analiza metadatelor Postia placenta seturi de date de expresie genică.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Capacitatea celulolitică rapidă a ciupercilor de putregai brun P. placenta cu siguranță vor fi creditate potențialelor enzime celulolitice și reacțiilor Fentons fără compromisuri. În afară de aceste enzime P. placenta secretă, de asemenea, o listă largă de enzime degradante și detoxifiante ale compușilor aromatici. Analiza statistică a P. placenta seturile de date de expresie genică bazate pe condițiile experimentale furnizate au condus la 5174, 7519, 6390 și 10.754 transcrieri exprimate diferențial între seturile de date GSE12540, GSE29656, GSE69004 și respectiv GSE84529 (Fig. 3).

Graficul profilului (GSE12540, GSE69004 și GSE84529) și graficele vulcanului (GSE29656) ale genelor semnificative și exprimate diferențial printre condiții.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Când este cultivat pe substraturi de creștere a biomasei vegetale compozite (GSE69004), conținând modificări chimice Populus trichocarpa componentele peretelui celular. Am observat că modelele de expresie genică ale P. placenta a fluctuat la diferite perioade de incubație. Cele mai importante 1000 de gene obținute pentru perioada de incubație de 10 zile ale tuturor celor trei condiții au arătat gene care codifică celulazele GH-3, GH-5, GH-16, CBM-18 și CBM21, hemicelulaze GH-2, GH-27, GH -47, GH-55, GH-95 și CE-4 au fost puternic exprimate în condiții scăzute de lignină-glucoză ridicată și lignină-condiții medii de glucoză. În timp ce cu perioade de incubație de 20 de zile, eșantioane de gene care codifică pentru celulazele GH-5, GH-16, CBM-18, CBM-21 și hemicelulaze GH-35, GH-47, CE-4. În mod similar, 30 de zile de probă de incubare, gene care codifică hemicelulaze GH-37, GH-55, împreună cu GH-16, GH-128 și GT-20 codificând gene.

Comparația listelor de gene semnificative exprimate diferențial obținute din toate seturile de date a arătat că un total de 40 de gene care codifică CAZymes s-au dovedit a fi comune cu fiecare set de date care împărtășește câteva CAZymes comune (Informații suplimentare-S2). Enzimele de activitate auxiliară obișnuite includ lacază (Pspl1_111314), feroxidază (Pspl1_109824), oxidoreductază GMC (Pspl1_92024 și Pspl1_27847). În mod similar, enzimele celulolitice obișnuite includ GH-3 (Pspl1_128500 și Pspl1_46915), GH-5 (Pspl1_121831, Pspl1_116199, Pspl1_121713 și Pspl1_57386), GH-16 (Pspl1_112941, Pspl1_1100, Pspl1). În cele din urmă, clasele comune de enzime hemicelulolitice includ GH-27 (Pspl1_120395), GH-31 (Pspl1_117029), GH-35 (Pspl1_127993), GH-51 (Pspl1_100251 și Pspl1_94557), GH-55 (Pspl1-10105) (Informații suplimentare-S2) ). Mai multe gene care codifică enzimele care degradează și metabolizează compușii aromatici s-au dovedit a fi în mod obișnuit exprimate printre seturile de date. Foarte important, genele care codifică monohidroxenazele citocromului P450 (Pspl1_9739, Pspl1_98329, Pspl1_89741, Pspl1_92219 și Pspl1_21733), hidroxilază inelară aromatică (Pspl1_90902, Pspl1_22746 și Pspl1_23052), dioxygenaz (Ps41) catabolism dioxigenază (Pspl1_89958) (Informații suplimentare-S2) (Fig. 5).

Diagramele Venn cu patru și trei căi care prezintă CAZimele semnificative statistic exprimate în mod obișnuit printre seturile de date de expresie genică A) glucoză-celuloză, glucoză-BMA, BMA-celuloză și GSE29656 B) lignină ridicată și glucoză scăzutăA) glucoză ridicată și lignină scăzută (B) lignina medie și glucoza medie la perioade de incubație de 10 zile, 20 zile și 30 zile, C) 15mm-20mm vs 0mm-5mm, 30mm-35mm vs 0mm-5mm și 30mm-35mm vs 15mm-20mm D) Seturi de date GSE29656, GSE69004, GSE12540 și GSE84529.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Diagramele Venn cu patru și trei căi care prezintă enzimele semnificative statistic exprimate în mod obișnuit printre seturile de date privind expresia genelor A) glucoză-celuloză, glucoză-BMA, BMA-celuloză și GSE29656 B) lignină ridicată și glucoză scăzutăA) glucoză ridicată și lignină scăzută (B) lignina medie și glucoza medie la perioade de incubație de 10 zile, 20 zile și 30 zile, C) 15mm-20mm vs 0mm-5mm, 30mm-35mm vs 0mm-5mm și 30mm-35mm vs 15mm-20mm D) Seturi de date GSE29656, GSE69004, GSE12540 și GSE84529.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Diagramele Venn cu patru căi care prezintă ID-urile proteinei semnificative statistic exprimate în mod obișnuit printre seturile de date de expresie genică A) CAZymes printre toate seturile de date B) Toate ID-urile InterPro dintre toate seturile de date.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Exprimarea enzimelor lignocelulolitice este controlată și reglată de gene care codifică procesele de informare, stocare și procesare. Grupul ortolog eucariot a clasificat aceste gene în procesarea și modificarea ARN (KOG: A), structura și dinamica cromatinei (KOG: B), traducerea, structura și biogeneza ribozomală (KOG: J), transcripția (KOG: K) și replicarea, grupuri de recombinare și reparare (KOG: L). Am separat lista genelor exprimate diferențial în grupurile KOG A, B, J, K și L folosind lista de clasificare KOG extrasă din baza de date MycoCosm pentru P. placenta. Am observat că un total de 308, 496, 357 și 648 transcrieri au fost exprimate în mod semnificativ între seturile de date GSE12540, GSE29656, GSE69004 și respectiv GSE84529 (Fig. 7). Un total de 37 (A), 15 (B), 89 (J), 38 (K) și 36 (L) s-au dovedit a fi în mod obișnuit exprimate printre seturile de date de expresie genică (Informații suplimentare-S3) (Fig. 7).

Diagramele Venn cu patru căi care arată genele semnificative statistic semnificative care codifică codurile pentru grupurile KOG A (Procesare și modificare ARN), B (Structura și dinamica cromatinei), . (Traducere, structură ribozomală și biogeneză), K (Transcriere) L (Replicare, recombinare și reparații) și heatmap care arată lista totală a grupurilor semnificative de stocare și procesare a informațiilor printre seturile de date.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Clasa semnificativă comună de enzime exprimată diferențial între diferite condiții de creștere a seturilor de date de expresie genetică.

Reprezentarea provizorie a sistemului de reacție al lui Fenton observată în P. placenta include în principal sisteme enzimatice generatoare de H2O2 și reducere a fierului-homeostază care se observă frecvent printre seturile de date privind expresia genelor.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)

Rețea provizorie de gene implicate în codificarea enzimelor implicate în timpul degradării celulozei și hemicelulozei.

(Faceți clic pe imagine pentru a mări.)