C型产气荚膜梭菌致仔猪腹泻的蛋白质组学研究及其与转录组数据的联合分析

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hao68
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腹泻是导致仔猪生产性能低下的肠道疾病,给养猪业造成巨大的经济损失。C型产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens type C)是引起仔猪细菌性腹泻的常见病原菌之一,该菌经口感染仔猪,在肠道中大量繁殖,并通过释放多种毒素破坏肠道组织,最终导致仔猪腹泻。尽管使用药物或接种疫苗控制仔猪C型产气荚膜梭菌性腹泻取得一定的效果,但长期使用药物容易引发药物残留问题,同时可能导致病原菌药物耐受性增强,出现毒性更强的变异菌株,给健康养殖与食品安全带来巨大风险。研究表明,个体的遗传基础差异与病原菌感染的抗性/易感性密切相关。同时,个体在响应病原菌感染过程中亦会启动免疫应答、代谢调控等生物过程,此过程涉及大量蛋白的表达变化及关键信号通路的激活或关闭。因此,为了从整体水平上了解仔猪耐受C型产气荚膜梭菌性腹泻的生物学事件,解析C型产气荚膜梭菌抗性仔猪的遗传基础,本研究以7日龄二元仔猪为研究对象,使用C型产气荚膜梭菌培养液对25头仔猪进行攻毒试验,根据仔猪腹泻总评分高低,分别挑选3头仔猪作为易感组(IS)及耐受组(IR),灌服未接种菌株培养液的3头仔猪作为对照组(IC),主要开展以下研究:(1)利用Label-free定量蛋白质组学技术和生物信息学技术鉴定与筛选IR、IS和IC三组仔猪回肠组织中的蛋白表达谱和差异表达蛋白,并对差异表达蛋白进行GO和KEGG信号通路富集分析;(2)联合蛋白质组数据与前期RNA-Seq测序数据,筛选IR vs IS、IS vs IC和IR vs IS对比组仔猪回肠组织中mRNA水平与蛋白水平的关联基因及共表达基因,并利用生物信息学技术对共表达基因进行GO和KEGG信号通路富集分析,探索仔猪耐受/易感C型产气荚膜梭菌性腹泻的分子调控机制。主要研究结果如下:1.IR、IS和IC三组仔猪回肠组织共鉴定到38899个肽段,蛋白数量分别为4327个、4391个和4262个。IR vs IC对比组显著上调蛋白59个,显著下调蛋白52个,特异性表达蛋白178个;IS vs IC对比组显著上调蛋白154个,显著下调蛋白85个,特异性表达蛋白210个;IR vs IS对比组显著上调蛋白10个,显著下调蛋白7个,特异性表达蛋白120个。2.IR、IS和IC组之间仔猪回肠组织差异表达蛋白的GO功能与KEGG信号通路富集分析结果显示:(1)IR vs IC对比组差异表达蛋白显著富集在112个GO功能,主要参与免疫系统发育、钠离子转运调节、细胞增殖和死亡等,涉及一些免疫相关蛋白、受体,如S100蛋白家族S100A2、SLA-2和跨膜蛋白CD82等;KEGG信号通路富集分析结果显示,差异表达蛋白显著富集在细胞粘附分子、碳水化合物消化与吸收、类固醇激素生物合成等3条信号通路,涉及细胞间粘附分子前体ICAM1、MHC?类抗原SLA-8和闭合蛋白OCLN等,这些GO功能与KEGG信号通路可能在仔猪耐受C型产气荚膜梭菌性腹泻中发挥生物学效应。(2)IS vs IC对比组差异表达蛋白显著富集在336个GO功能,主要参与抗原处理与表达、脂质转运与MHC蛋白复合物等,涉及的蛋白包括SLA-1、SLA-DQA、髓样分化蛋白MyD88与肌动蛋白等;KEGG信号通路富集分析结果显示,差异表达蛋白显著富集在金黄色葡萄球菌感染、细胞粘附分子和细胞色素P450对外源生物的代谢作用等16条信号通路,这些GO功能与KEGG信号通路可能与仔猪对C型产气荚膜梭菌的易感性相关。(3)IR vs IS对比组差异表达蛋白显著富集在126个GO功能,主要参与MHC蛋白复合物、对细菌的防御响应、抗原处理与呈递等,涉及的蛋白包括MHC Ⅰ、Ⅱ类抗原SLA-1、IL-6与干扰素诱导溶酶体硫醇还原酶IFI30等;KEGG信号通路富集分析结果显示,差异表达蛋白除了显著富集在蛋白质消化吸收和胰腺分泌两条信号通路,还富集在NOD样受体信号通路、NF-κB信号通路与Toll样受体等信号通路,这些GO功能与KEGG信号通路可能解析了仔猪耐受/易感C型产气荚膜梭菌的分子遗传基础。3.通过对IR vs IS、IS vs IC和IR vs IS三个对比组仔猪回肠组织mRNA与蛋白联合分析,发现各对比组关联上的基因分别为3945个、3930个和4013个,其中共表达基因分别为69个、120个和0个。4.IR vs IC和IS vs IC两个对比组仔猪回肠组织mRNA与蛋白水平共表达基因的GO功能与KEGG信号通路富集分析结果显示:(1)IR vs IC对比组共上调表达基因显著富集在108个GO功能,主要参与ATP合成、催化活性与急性炎症反应等,涉及能量代谢与免疫相关蛋白;共上调表达基因显著富集在能量代谢、过氧化物酶体与内吞作用等14条信号通路,涉及Saa2、Itih4与Slc15a1等基因。共下调表达基因显著富集在65个GO功能,主要参与转录因子结合、生物合成过程调控与对细菌的反应等,涉及Ocln、Mbnl与Elmo1等基因。(2)IS vs IC对比组共上调表达基因显著富集在129个GO功能,主要参与细胞膜结构、离子转运体活性与有机物转运等,显著富集的信号通路包括代谢途径、脂肪酸降解与过氧化物酶体等20条;共下调表达基因显著富集在143个GO功能,主要参与整合素复合物、T细胞受体与MHC分子结合在抗原提呈细胞上的活化、免疫系统过程等,显著富集的信号通路包括T细胞白血病病毒1型感染、金黄色葡萄球菌感染、RAPI信号通路与肌动蛋白细胞骨架的调节等20条,涉及Apbb1ip、Stat5与Alox15等基因。综上,通过对仔猪回肠组织进行蛋白质组学研究及其与转录组数据的联合分析,推测能量代谢、免疫响应、细胞膜结构、肠道炎症等方面的变化可能介导仔猪对C型产气荚膜梭菌的耐受性或易感性,涉及的Apbb1ip、Stat5和Wipf1等基因在C型产气荚膜梭菌性腹泻中可能发挥重要调控作用。本研究结果为仔猪耐受C型产气荚膜梭菌性腹泻的分子调控机制与腹泻抗性猪品系的分子辅助育种提供重要参考。
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