WGCNA(一)案例:研究蘋果的果皮顏色機(jī)制

任務(wù)驅(qū)使他挎,直接看代碼不明白是在干嘛。所以找了基因課的WGCNA課程來看,鏈接:http://genek.tv/昧甘,本文是該課程的學(xué)習(xí)記錄。

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Transcriptome analysis of an apple (Malus × domestica) yellow fruit somatic mutation identifies a gene network module highly associated with anthocyanin and epigenetic regulation
https://www.researchgate.net/publication/282287679_Transcriptome_analysis_of_an_apple_Malus_domestica_yellow_fruit_somatic_mutation_identifies_a_gene_network_module_highly_associated_with_anthocyanin_and_epigenetic_regulation

概念補(bǔ)充

基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)

尋找協(xié)同表達(dá)的基因模塊(module),探索基因網(wǎng)絡(luò)與研究的性狀之間的聯(lián)系战得。

加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)

Weighted Gene Co-Expression Network Analysis 即WGCNA--構(gòu)建基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的典型系統(tǒng)生物學(xué)算法充边,適用于芯片、RNA-seq常侦,需要至少15個(gè)樣本浇冰。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)


實(shí)驗(yàn)材料是兩個(gè)品種的蘋果,一種是紅蘋果KID聋亡,另一種是黃蘋果BLO湖饱,4個(gè)生長階段(S1-S4)各取樣一組(3個(gè)重復(fù)),每種取4組樣本杀捻,分別對(duì)這8組24個(gè)樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序和花青素含量測定井厌。

差異分析


ABCD分別以韋恩圖展示了:不同時(shí)期兩類蘋果的差異基因(A);同一類蘋果不同時(shí)期的差異基因(B致讥、C)仅仆;兩類蘋果各個(gè)時(shí)期共有的差異基因和兩類蘋果S1與S4的差異基因(D);

WGCNA分析

step1模塊劃分

按基因表達(dá)模式進(jìn)行基因聚類垢袱,自動(dòng)將表達(dá)模式相似的基因劃分為一個(gè)模塊墓拜,同一模塊的基因在功能上可能具有相關(guān)性。


step2:模塊與花青素含量的相關(guān)性分析

對(duì)3299個(gè)差異基因劃分為9個(gè)主要模塊请契,其中Pink與花青素的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.95咳榜,該模塊的34條基因是研究重點(diǎn)夏醉。


step3:對(duì)相關(guān)性最高的模塊的所有基因進(jìn)行可視化展示

step4:從相關(guān)性最高的模塊中篩選最重要的基因

pink模塊種的基因與花青素含量進(jìn)行相關(guān)性分析,計(jì)算Gene significance(GS)值涌韩。



GS最高的兩個(gè)基因是MdMYB10和MdGST畔柔。對(duì)GS較高的幾個(gè)基因進(jìn)行qPCR驗(yàn)證。MdGST是花青素存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中的重要基因臣樱,MdMYB10是一個(gè)MYB類型的轉(zhuǎn)錄因子靶擦。

step5:qPCR驗(yàn)證表達(dá)量差異

表達(dá)量差異只是現(xiàn)象,對(duì)差異背后的原因進(jìn)行篩選:

原因一:DNA變異

未發(fā)現(xiàn)DNA序列變異

原因二:表觀修飾

使用McrBC-PCR方法鑒定MDMYB10啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化水平
1.MdGST未發(fā)現(xiàn)甲基化水平差異
2.MdMYB10的MR3和MR7區(qū)域存在差異甲基化雇毫,甲基化水平黃蘋果高于紅蘋果玄捕,表達(dá)量黃蘋果顯著低于紅蘋果。


原因三:轉(zhuǎn)錄調(diào)控

MdGST上有19個(gè)MYB類型轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)棚放,可能有轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控枚粘。

結(jié)論

黃蘋果中,MdMYB10基因上游的甲基化抑制了該基因的表達(dá)飘蚯,而該基因是一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子赌结,轉(zhuǎn)錄因子的低表達(dá)導(dǎo)致了MdGST的低表達(dá),MdGST是花青素存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵基因孝冒,因此導(dǎo)致了花青素含量降低柬姚,導(dǎo)致蘋果顏色差異。

WGCNA分析步驟

輸入數(shù)據(jù):表達(dá)矩陣
構(gòu)建共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)
將表達(dá)模式相近的基因劃分為一個(gè)模塊
模塊與性狀之間的關(guān)聯(lián)分析庄涡,找到與目標(biāo)性狀相關(guān)性最高的模塊
(模塊之間的關(guān)聯(lián)分析)
模塊中核心基因的鑒定

WGCNA的核心理念

關(guān)心模塊與性狀之間的關(guān)系量承,而非單個(gè)基因與性狀的關(guān)系

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