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【现学现卖】真菌宏转录组分析以寻找病毒

【现学现卖】真菌宏转录组分析以寻找病毒

作者: 番茄随笔 | 来源:发表于2020-06-17 01:16 被阅读0次

    排版相对好一些的原文链接如下(微信公众号)

    https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4MzU2Mjc1OA==&mid=2247484670&idx=1&sn=f4807aa5c5b4b79ec3c75416a4aeecf2&chksm=eb898297dcfe0b81a2113e2e22c6548eba7d3b5e0678541a8e8a7e161810d6b9a7660e9ff5fe&token=273967589&lang=zh_CN#rd

    Identification of Diverse Mycovirusesthrough Metatranscriptomics Characterization of the Viromes of Five MajorFungal Plant Pathogens

    分析真菌宏转录组寻找病毒

    摘要

    该研究对五种主要植物病原真菌(Colletotrichum truncatum(2株)Diaporthe longicolla(3株)Macrophomina phaseolina(48株)Rhizoctonia solani(84株)Sclerotinia sclerotiorum(138株))的275株菌株的total RNA进行深度测序。测序结果展示了植物病原真菌中病毒的多样性和分类,以及病毒与它们的寄主真菌的协同进化等信息。

    知识背景

    目前人们对真菌病毒的了解不到1%,通过病毒宏基因组(metagenomes,metatranscriptomic viromes)分析是发现真菌病毒多样性的主要渠道。单个真菌病毒对真菌和生态的作用我们知之甚少,因为一个真菌常常有多种病毒感染,很难去单个研究。

    随着真菌转录组测序增多,人们对真菌和其病毒的起源和进化了解增多,一些植物内生病毒很有可能来源于真菌病毒,且两者之间遗传物质的交换可能产生新的有害的植物病毒。比如植物病毒Amalgaviridae科病毒通过一种dsRNA真菌病毒和负链RNA(nsRNA)病毒的重组产生。

    研究发现一些病毒可以降低真菌致病力(capable of attenuating virulence),可作为防治真菌病害的策略。相同的策略已经被用在治疗人类细菌疾病中,人们利用噬菌体和噬菌体编码的蛋白质(比如内溶素)防治细菌病原菌。同样的,我们也可以考虑用真菌病毒编码的产物,干扰真菌RNA沉默,小RNA代谢和基因表达,从而防治真菌病害。

    宏转录组揭示侵染真菌的病毒

    1. 文库的构建如下图,使用 Illumina HiSeq2500进行测序。

    2. 生信分析首先用trinity软件中k-mers 25和30拼装reads。接下来如下图:

    3. qRT-PCR和RACE实验在分析了数据后进行,还用FirstChoice RLM-RACE kit和SMARTer RACE kit确定了tobamo-like和tombus-like病毒的两端,获得了完整序列。

    4. 经过以上分析和实验,发现RNA-seq结果获得 0.7×10^8 到3.2×10^8个100nt的paired-end sequence reads。其中0.5%到15.1%显示是病毒源reads。C.truncatum (2 isolates)中2个病毒序列;M.phaseolina (48 isolates)中发现14个序列;D. longicolla中1个;R.solani (84 isolates)中27个;S.sclerotiorum (138 isolates)中28个,一共72个病毒序列,来自15个不同的科。depth为15到247,742-fold,平均20,687-fold,去除mitovirus的reads,平均为7,216-fold。

    72个序列中,有五个与BenyviridaeOphioviridaeVirgaviridae科亲缘关系近,而这三个科之前没有发现过真菌病毒。

    检测到的病毒中,73%为ss(+)RNA病毒,15%为dsRNA病毒,12%为nsRNA病毒;49%为线粒体病毒。

    针对72个病毒序列的分析和建树

    1. Sequences related to members of the Mononegavirales

    2. Fusariviridae- andHypoviridae-related sequences. 

    3. Endornaviridae-related sequences

    4. Narnaviridae and Ourmiavirus-related sequences

    5. Putative positive-sense single-stranded extramitochondrial RNA virus genomes

    6. Putative double-stranded RNA virus genomes

    文章中的概念解释

    k-mer:是指将一条序列分成包含k个碱基的子字符串,如果reads长度为L,k-mer长度设为k,则产生的k-mers数目为:L-k+1,例如序列AACTGACT,设置k为3,则可以将其分割为AAC ACT CTG TGA GAC ACT共6个k-mers。其中k一定是奇数,如果是偶数遇到回文序列可能会产生完全相同的k-mers。

    Mononegavirales:单分子负链RNA病毒目。

    这里面很多系统发育分析,很基础很重要的分析内容。一个生物学家说过一句话,写在这篇推送最后吧!

    “Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution.”

    ——Theodosius Dobzhansky

    Marzano, S.-Y.L., Nelson, B.D., Ajayi-Oyetunde, O., Bradley, C.A., Hughes, T.J., Hartman, G.L. et al. (2016) Identification of diverse mycoviruses through metatranscriptomics characterization of the viromes of five major fungal plant pathogens. Journal of virology 90: 6846-6863.

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