应用转录组学筛选全氟辛烷磺酸毒性枢纽基因和关键信号通路的方法技术

本发明专利技术公开了应用转录组学筛选PFOS毒性枢纽基因和关键信号通路的方法。本发明专利技术所提供的方法首先设定实验动物的空白对照组和PFOS暴露组并进行处理获得生物样本，提取所得生物样本的RNA，通过高通量测序仪获得生物样本的转录组学数据，将获得的测序数据进行生物信息学分析，包括差异基因GO富集分析、KEGG通路富集分析、蛋白互作网络分析和GSEA分析，最终筛选得到PFOS的毒性枢纽基因和关键信号通路结果。应用本发明专利技术所提供的方法，可为鉴定PFOS对动物或人类造成的严重影响和/或PFOS对动物或人类的毒性机制以及开发针对PFOS毒性的相关药物提供帮助。药物提供帮助。

【技术实现步骤摘要】
应用转录组学筛选全氟辛烷磺酸毒性枢纽基因和关键信号通路的方法


[0001]本专利技术涉及生物信息学领域，具体涉及应用转录组学筛选全氟辛烷磺酸毒性枢纽基因和关键信号通路的方法。

技术介绍

[0002]全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate，PFOS)因其极低的表面张力以及疏水、疏油的独特物理性质，曾被广泛应用于民用和工业产品，如表面活性剂、防火涂层和光阻剂等。然而鉴于此类化合物具有毒性、环境持久性、生物蓄积性和长距离迁移等特性，联合国环境规划署于2009年将PFOS及其盐类和前体化合物列为“斯德哥尔摩公约”中的新型持久性有机污染物。已有研究表明PFOS对动物表现出肝毒性、睾丸毒性、胰腺毒性、神经毒性、免疫毒性、生殖和发育毒性等多种毒性作用，并且会诱导相关肿瘤的发生。
[0003]转录组学是在整体水平研究生物体中的基因转录情况和转录调控规律的技术。它从RNA水平研究基因表达的情况，广泛测定出基因的调控情况，并运用生物信息学方法，揭示基因调控的关键信号通路。当生物体受到外界干扰刺激或处于不同的生理状态时，基因表达受到调控，转录组能够直观地反应生物体的应答状况。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是如何筛选PFOS毒性枢纽基因和关键信号通路和/或如何鉴定PFOS对动物或人类造成的影响。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种筛选或辅助筛选PFOS毒性枢纽基因和关键信号通路的方法。
[0006]所述方法包括如下步骤：
[0007]A1)将实验动物分为对照组和PFOS暴露组，对所述对照组进行空白溶剂给药处理，对所述PFOS暴露组进行PFOS溶液给药处理，分别得到给药处理后的对照组和PFOS暴露组实验动物；所述PFOS溶液的溶质为PFOS，溶剂为所述空白溶剂；
[0008]A2)对A1)中得到的所述给药处理的对照组和PFOS暴露组实验动物取血，提取全血RNA后进行测序，得到对照组和PFOS暴露组的转录组原始数据；
[0009]A3)对所述转录组原始数据进行处理，获得对照组和PFOS暴露组(所有样本)的基因表达量矩阵；对所述对照组和PFOS暴露组(所有样本)的基因表达矩阵进行处理和筛选，得到所述对照组和PFOS暴露组实验动物的差异表达基因；
[0010]A4)对A3)中所述差异表达基因进行基因本体论(GO)富集分析和KEGG通路富集分析，得到GO富集分析结果和/或KEGG通路富集分析结果；
[0011]A5)对A3)中所述差异表达基因构建蛋白相互作用网络，获得PFOS毒性相关枢纽基因；
[0012]A6)对A3)中所述基因表达量矩阵进行基因集富集分析(GSEA)分析，得到GSEA分析
结果；
[0013]A7)选取A4)中得到的所述KEGG通路富集分析结果和A6)中得到的所述GSEA分析结果中的共有通路为PFOS毒性相关的关键信号通路。
[0014]上述测序可为高通量测序。
[0015]上述方法A1)步骤中所述空白溶剂可为体积比为2～5％的Tween 20或Tween 80的水溶液。
[0016]上述方法A1)步骤中所述给药处理条件可为连续灌胃给药7～28天。PFOS给药量可为2.5～10mg/kg/天。
[0017]上述方法A1)步骤中所述给药处理条件可为连续灌胃给药28天。PFOS给药量可为2.5mg/kg/天。
[0018]上述方法A3)步骤中所述筛选的筛选条件可为：Fold Change>2且Q value<0.001。所述Fold Change可为所述差异表达基因在PFOS暴露组中的表达量与其在对照组中的表达量的比值。所述Q value可为衡量错误发现率的指标。
[0019]上述方法A3)步骤中所述处理的方法可为使用FPKM作为单位，计算所述对照组和所述PFOS暴露组中基因的表达水平。所述筛选的方法可为使用DEGseq分析得出所述对照组和所述PFOS暴露组的差异表达基因。
[0020]上述处理的方法也可以使用RPKM等作为单位计算所述对照组和所述PFOS暴露组中基因的表达水平。
[0021]上文所述FPKM代表每千个碱基的转录每百万映射读取的碎片(fragments)。
[0022]上述方法A4)步骤中所述进行GO富集分析和KEGG通路富集分析的方法可为使用R语言clusterProfiler软件包中的enrichGO函数和enrichKEGG函数进行分析。
[0023]所述GO富集分析还包括将所述enrichGO函数的分析结果使用dotplot函数进行可视化。所述KEGG通路富集分析还包括将所述enrichKEGG函数分析结果使用emapplot函数进行可视化。
[0024]上述方法A4)步骤中所述进行GO富集分析和KEGG通路富集分析的方法在差异基因数量小于2000个时也可使用DAVID数据库进行分析。所述使用DAVID数据库进行分析具体可为将A3)中所述差异表达基因导入DAVID数据库，选择导入基因的类型和物种信息后，进行富集分析。所述富集分析结果可导入至R语言中进行可视化。所述可视化可为使用dotplot函数对所述GO富集结果进行可视化。所述可视化也可为使用emapplot函数对所述KEGG富集结果进行可视化。
[0025]上述方法中，A5)步骤中所述构建蛋白相互作用网络的方法可为使用R语言STRINGdb软件包进行构建；然后使用CytoHubba插件选择所述枢纽基因。
[0026]所述枢纽基因可为MNC值前10个基因。所述MNC值为Maximum Neighborhood Component(最大邻域分量)。所述使用STRINGdb包进行构建的过程可为：设置参数为：version＝11.0，species＝10116，score_threshold＝900，通过get_interactions函数获得蛋白相互作用关系。所述构建过程还包括使用Cytoscape软件将所述蛋白相互作用关系可视化。
[0027]上述方法中，当A3)步骤中差异基因数量在2000个以下时，A5)步骤中所述构建蛋白相互作用网络的方法也可为使用STRING数据库构建。所述使用STRING数据库进行分析具
体可为将A3)中所述差异表达基因导入STRING数据库得到所述蛋白相互作用网络。
[0028]上述方法A6)步骤中所述进行GSEA分析的方法可为使用GSEA软件进行分析。在使用所述GSEA软件进行分析前需要先确定基因集。所述基因集可以直接利用在GSEA软件中给出的预定基因集。也可以通过R语言中的biomatR包建立基因集。
[0029]所述通过biomaRt包建立基因集的步骤包括抓取实验动物的KEGG数据库数据，建立各个KEGG通路的基因集本地数据库，将数据库导出并转为GSEA软件所学的gmt格式文件，同时将基因表达矩阵转为gct格式文件，并建立cls分组信息文件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种筛选或辅助筛选PFOS毒性枢纽基因和关键通路的方法，包括如下步骤：A1)将实验动物分为对照组和PFOS暴露组，对所述对照组进行空白溶剂给药处理，对所述PFOS暴露组进行PFOS溶液给药处理，分别得到给药处理后的对照组和PFOS暴露组实验动物；所述PFOS溶液的溶质为PFOS，溶剂为所述空白溶剂；A2)对A1)中得到的所述给药处理的对照组和PFOS暴露组实验动物取血，提取全血RNA后进行测序得到对照组和PFOS暴露组的转录组原始数据；A3)对所述转录组原始数据进行处理，获得对照组和PFOS暴露组的基因表达量矩阵；对所述对照组和PFOS暴露组的基因表达矩阵进行处理和筛选，得到所述对照组和PFOS暴露组实验动物的差异表达基因；A4)对A3)中所述差异表达基因进行GO富集分析和KEGG通路富集分析，得到GO富集分析结果和/或KEGG通路富集分析结果；A5)对A3)中所述差异表达基因构建蛋白相互作用网络，获得PFOS毒性相关枢纽基因；A6)对A3)中所述基因表达量矩阵进行GSEA分析，得到GSEA分析结果；A7)选取A4)中得到的所述KEGG通路富集分析结果和A6)中得到的所述GSEA分析结果中的共有通路为PFOS毒性相关的关键信号通路。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：A1)中所述空白溶剂为体积比为2％的Tween 20的水溶液。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：A1)中所述给药处理条件为：连续灌胃给药28天；PFOS给药量为2.5mg/kg/天。4.根据权利要求1
‑
3中任一权利要求所述的方法，其特征在于：A3)中所述筛选的筛选条件为：Fold ...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁瑞，王天润，邱静，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，
类型：发明
国别省市：