模擬失重條件下大腸埃希菌轉錄組測序、差異基因及富集分析結果（二）
2結果
為保證實驗結果的可靠性，對正常重力和模擬失重兩組間差異基因及相應通路進行分析，具體分析步驟參照文獻進行。
2.1基因表達差異分析
研究發現，在模擬失重環境下培養大腸埃希菌14 d后，共檢測到229個表達差異顯著的基因，其中158個基因上調，71個基因下調(圖1)。上調基因主要包括參與一些嘌呤嘧啶核苷酸的水解及轉運等代謝相關基因(如rihA、xanQ、ghxQ)、DNA結合轉錄調節因子(如ycaN、allS、feaR、caiF、gadE、dctR、rhaR)、主要構成1型菌毛的相關基因(如fimG、fimH、fimA、fimB)和一些功能未知的蛋白(如yoaL、fxsA、ymcE、ybfB、ytiA、dsrB、yliM)等。下調基因主要包括參與一些氨基酸合成及水解等代謝相關基因(如asnA、ansB、tnaA、asnB)、RNA聚合酶sigma因子(fecI)和生物膜形成調節因子(bssR)等。
2.2 GO基因富集分析結果
經過GO功能注釋分析(圖2)發現，差異基因在基因的分子功能方面主要集中在分子轉運、抗氧化、酶調節、轉錄因子活性等；在所處的細胞位置方面主要集中在細胞膜、細胞器、含蛋白質分子混合物等；在參與的生物過程方面主要集中在對刺激的反應、細胞殺傷、生化代謝等。
GO基因富集分析結果顯示，差異基因富集到3個大類中的14個小類：包括生物過程類6條通路(天冬酰胺、2-氨基-3-氨基甲酰基丙酸的生物合成；氨基酸的N-三甲基衍生物的生物合成；精氨酸的生物合成；陽離子通過膜運輸的過程；甘油跨膜轉運過程；L-氨基酸轉運過程)、分子功能類5條通路(外膜界周質間隙的合成代謝；烷基過氧化氫還原酶復合物的合成代謝；質膜的合成代謝；菌毛的合成代謝；鉀離子轉運ATP酶復合物)、細胞組分類3條通路(陽離子跨膜轉運蛋白活性的代謝；羧酸跨膜轉運蛋白活性的代謝；同轉運體活性的代謝)。
2.3 KEGG基因富集分析結果
KEGG分析差異基因表達顯示，229個差異基因中有69個基因(47個基因上調，22個基因下調)富集于68條通路，且大部分為代謝相關通路，主要以上調基因的富集通路為主，包括甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝等氨基酸代謝(圖3)，果糖和甘露糖等糖類代謝，甲烷、硫、核黃素等代謝，嘌呤、嘧啶代謝，卟啉與葉綠素、抗壞血酸和醛酸代謝，丙酸、丁酸代謝，以及一些化合物的生物合成與降解。
圖1兩組間表達差異火山圖
圖2差異基因GO注釋分類柱狀圖
圖3甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝等氨基酸代謝通路圖
3討論
本研究在模擬失重條件下對大腸埃希菌進行連續傳代培養14 d后進行轉錄組測序，結果顯示，模擬失重導致大腸埃希菌基因表達差異，共有229個表達差異顯著基因(158個基因上調，71個基因下調)。KEGG富集通路結果顯示，229個差異基因中共有69個基因(47個基因上調，22個基因下調)能匹配到已知的通路中，這些基因共富集于68條通路，其中52條通路為代謝相關通路，且主要以上調基因的富集通路為主。
過往研究表明，在模擬失重條件下用含有甘油的LB培養基培養后，大腸埃希菌K12共發現100個差異基因(53個基因上調，47個基因下調)；KEGG分析結果顯示，共有15個差異基因富集到16條不同通路。同時有研究表明，大腸埃希菌K12在模擬失重條件連續傳代培養兩周后出現基因差異，共有142個基因差異表達，其中58個基因上調(包括一些耐藥基因和核苷酸代謝基因)，84個基因下調；KEGG分析結果顯示共有43個差異基因富集在49條通路中。
這些研究結果均表明，大腸埃希菌在受到模擬失重條件的影響后，會發生基因改變，同時在基因分析中發現上調的基因包括一些參與核苷酸代謝的基因，這與我們的研究結果一致。但所有差異基因及其所富集的通路仍有不同，考慮應為菌株及培養條件不同所致。
在之前的研究中對培養14 d后的大腸埃希菌進行生化代謝檢測，發現模擬失重條件培養后的大腸埃希菌對絲氨酸、丙氨酸和天冬氨酸的利用增加，與該研究中KEGG分析結果所發現的差異基因富集在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝以及甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝通路中相符合。
本研究明確了大腸埃希菌在模擬失重條件下培養后出現的差異基因及其所富集的相關通路，下一步我們將在此基礎上驗證在模擬失重條件下大腸埃希菌在動物體內的毒力變化，同時篩選出與代謝、生物學性狀、耐藥和細菌毒力密切相關的差異基因，并根據其所富集的相關通路，研究其發生相關表型變化的具體機制，為空間站內的環境消殺提供基礎，并為航天員的身體健康提供有力的保障。