大鼠11个器官和4个发育时期的转录组

摘要：

  大鼠作为一个用于评价化学毒性和理解药物机制的模型，已被广泛使用。然而，它在各个器官或发育阶段的转录组尚未报道。本研究对11个器官和4个发育时期（幼年、青年、成年、老年）的320个样品进行RNA-seq。在AceView注释下，共得到40064个基因的表达谱，65167个转录本，31909个剪接异构体，2367个非编码RNAs。结果表明，器官特异性的、差异表达基因反映了已知的器官特异性的生物活性。大量的转录组数据具有器官特异性、年龄依赖性或性别特异性的差异表达模式。本文创建了一个基于网络的、开放的大鼠bodymap表达谱数据库，与其他广泛使用的数据库有交联，预计它将作为一个用于采用大鼠模型的生物医学研究的主要资源。

  材料与方法：

  材料：雌性和雄性Fischer 344大鼠。

  取材方法：CO2窒息处死。取四个时期（2-week-old (幼年), 6-week-old (青年), 21-week-old (成年) and 104-week-old (老年)）的肝，心，肾，脑，肺，腓肠肌，脾，胸腺，肾上腺，雌性子宫，雄性睾丸。每时期雌雄各4只。

  测序策略和分析流程：

  测序：Illumina HiSeq 2000；SE 50bp测序。共产生13.2G数据量。

  分析：比对软件：TopHat2

  拼接软件：cufflinks2

  层次聚类分析：R package

  研究结果：

  1、大鼠转录组数据总览

  每个样本约40M reads。11个不同组织（四个发育时期）的表达基因比例（A）和转录本比例（B）、unions是基因或转录本数量。

  C、40064个基因的层次聚类分析。

  D、主效（器官、年龄、性别、重复）的相对贡献的主方差分量分析（PVCA）。

  2、器官特异性和性别特异性的基因

  A、器官间相对基因表达比较。橙色：高表达；绿色：低表达。由内到外依次为：a、器官种类；b、11个器官各自比较；c-f、四个时期的DEGs。睾丸和肺普遍高表达，肝脏和肌肉普遍低表达。

  B、器官特异性的基因表达谱及其GO富集通路。

  C、发育相关基因在各器官中的表达及其GO富集通路。

  D、性别特异性的基因聚类及其GO富集通路。

  3、发育相关基因的表达模式

  A、基于ANOVA、Bonferroni-corrected P-value r0.05 、四个发育时期的FCZ2 (or r0.5)确定差异表达基因。每一时期以比其较年轻时期作分子，U-上调、D-下调、M-不变。X轴-时间点，Y轴-褶皱变化。

  B、每个时期发育相关基因占各器官基因比例。

  4、性别特异的差异基因

  X轴-雌性，Y轴-雄性。九个器官及四个发育时期。

  多个基因在雌雄间存在显著差异，特别是肝脏、肌肉、肾脏。

  仅在6周时，雌性中占优势的基因多。21周时，雌雄主要差异的是肝脏、肾脏。

  5、各器官的剪接异构体及表达

  B、剪接异构体数目及相应的基因数。

  C、示例：器官特异性的转录变异体Dlg2的表达。Dlg2.b在肾上腺富集，Dlg2.e在大脑富集。

  亮点分析：

  本文创建了一个基于网络的、开放的大鼠bodymap表达谱数据库，与其他广泛使用的数据库有交联，预计它将作为一个用于采用大鼠模型的生物医学研究的主要资源。

  参考文献：

  A rat RNA-Seq transcriptomic BodyMap across 11 organs and 4 developmental stages.

  NATURE COMMUNICATIONS. 2014, IF= 11.329