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IR-TEx探索了阿诺菲莱斯甘丹鱼物种中与杀虫剂耐药性相关的转录谱。此处提供了有关使用该应用程序的完整说明、用于探索多个转录组数据集的修改,以及使用该框架构建一个交互式数据库,用于从任何组织中提取转录数据(在任何平台中生成)。
IR-TEx 是一种用 Shiny(R 包)编写的应用程序,它允许探索其表达与Anopheles gambiae蚊子中的杀虫剂抗性表型相关的转录本的表达(以及为其分配函数)。该应用程序可以在线使用或下载和本地使用任何人。可以修改本地应用程序,以添加从多个 -omics 平台生成的新的杀虫剂抗性数据集。本指南演示如何添加新数据集和处理缺失数据。此外,IR-TEx 可以完全轻松地重新编码为使用任何实验数据中的 omics 数据集,使其成为许多研究人员的宝贵资源。该协议以微菌体谷胱甘肽转移酶GSTMS1为例,说明了IR-TEx在确定新的杀虫剂耐药性候选物的效用。该成绩单在来自科特迪瓦和布基纳法索的多个抗热虫种群中进行了调节。共相关转录本的鉴定提供了进一步洞察该基因的假定作用。
通过微阵列平台和RNAeq技术同时测量大量转录文的表达的能力,产生了大量数据集,将成绩单表达与模型和非模型生物体中的特定表型相关联。这些数据集对于研究人员来说是极其丰富的资源,通过在大数据集成方法中结合相关集,可以增强其能力。然而,这种方法仅限于那些具有特殊生物信息学技能的人。这里描述的是一个程序,IR-TEx(以前由Ingham等人1)发布,它写在名为Shiny2的R包中,它允许几乎没有生物信息学训练的用户相对轻松地集成和询问这些数据集。
IR-TEx,发现在http://www.lstmed.ac.uk/projects/IR-TEx,是写探索与杀虫剂耐药性有关的记录在阿诺菲莱斯冈比亚,非洲主要的疟疾病媒1。疟疾是由疟原虫引起的寄生虫病,通过雌性疟原虫叮咬在人类之间传播。事实证明,用杀虫剂攻击蚊媒是预防非洲与疟疾有关的发病率和死亡率的最有效手段。自2000年以来,扩大工具(即长效杀虫蚊帐)也是疟疾病例大幅减少的关键。由于杀虫剂数量非常有限,蚊子的进化压力很大,现在非洲疟疾病媒中抗药性广泛。
此外,靶点突变5和杀虫剂的代谢清除6,7仍然是主要研究的抗药性机制,但其他强效抗药性机制现在出现1。这些新机制中有许多以前没有与杀虫剂耐药性有关,而是通过使用IR-TEx应用程序在多个耐药人群中寻找基因表达的常见模式,随后通过基因组学方法1进行功能验证来检测。
此处介绍的是使用 IR-TEx 的分步方法,无论是在 Web 上还是在本地安装时。该协议描述了如何将新的杀虫剂耐药性数据集集成到现有软件包中,并解释了如何使用缺失的数据进行操作。最后,它描述了如何将该软件与其他与杀虫剂耐药性无关的 -omics 数据集一起使用,从而将不同 -omics 方法的数据组合在一起,同时同时使用缺失值和规范化操作,以便数据具有可比性。
1. 使用IR-TEx网络应用程序
2. 在本地下载和实施 IR-TEx
3. 修改 IR-TEx 以用于不同的数据集
我们使用IR-TEx附带的Fold_Changes.txt文件,比较了在耐抗阿诺菲莱斯·科鲁齐和阿诺菲斯冈比亚数据集中明显不同表达的脚本,与来自科特迪瓦和布基纳法索的易感对照。这产生了18个感兴趣的脚本(表1;此搜索可以使用Excel、R或其他程序执行)。其中两种,一个ATPase(AGAP006879)和β-晶石(AGAP007160),以前曾报道过,前者对除虫菊酯耐药性有显著影响。除了这两个成绩单外,还有两个解毒记录,即GSTMS1(FC = 1.95和1.85)和UGT306A2(FC = 2.29和2.28)。
qPCR验证了其中两个记录(GSTMS1,一个解毒记录;和AGAP009110-RA,一个未知的,蚊子特定的记录,包含β-1,3-葡糖结合域)执行,如前面描述1。分析使用附加文件3中描述的引录集进行,并表明这些记录在来自科特迪瓦(Tiasalé)和另一个布基纳法索(班福拉)的耐多人群中明显受到调节,而实验室中易受实验室影响的N'Gousso(图4A)。
由于两份记录显示每个耐药人群的调节显著上升,因此在LSTM实验室Tiasalé菌群对蚊子进行了RNAi诱导的击倒。这个殖民地起源于科特迪瓦,对公共卫生中使用的所有主要杀虫剂具有抗药性,如前文所述。与GFP注射对照组相比,GSTMS1表达的衰减导致三角甲二甲醚暴露后的死亡率显著增加(p = 0.021),这表明该转录在除虫菊菊阻抗中的重要性(图4B)。相反,AGAP009110-RA击倒导致暴露后死亡率没有显著变化(图4B)。
GSTMS1是一个微体GST,是发现在A.gambia蚊子11的三个之一。虽然Epsilon和delta类的GST成员以前曾被牵连到杀虫剂解毒12,13,14,这是我们所知的第一个证据,表明微体GST在除虫菊抗性15中的作用。为了探索该记录在阿诺菲莱斯甘丹蚊中的假定功能,确定了IR-TEx的表达和相关性。除比奥科岛外,在可用于这些物种的21个数据集中,有20个数据集中,GSTMS1明显多于表达。在每个位置,与易感人群相比,过度表达不到五倍(图5)。
由于微生物类GST作为潜在的杀虫剂解毒剂在很大程度上被忽视,人们对它们在杀虫剂耐药性中的作用知之甚少。通过探索其他抄本的共相关关系,可以通过假定共同监管或参与同一途径来阐明假定函数。为了最大化相关网络中的功率,选择了 IR-TEx 中存在的所有微阵列数据集,并选择了 [r]>0.75 被选中。表 2显示了来自 IR-TEx 的输出。
这些转录本在DAVID的功能注释工具8中富含氧化酶活性和葡萄糖/碳水化合物代谢。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和西他提酮伽马-乳酸酶均维持哺乳动物细胞16、17中的谷胱甘肽水平,因此与谷胱甘肽-S转移酶GSTMS1直接相关。Catalase 是一种快速作用的氧化应激反应剂,可保护细胞免受活性氧物种损害,这是除虫菊酯暴露的副产品。瓦拉西洛韦水酶是一种水酶,在哺乳动物细胞的解毒中可能起一定的作用。CYP4H17也存在于相关网络中。细胞色素p450s是除虫菊杀菌杀虫剂的直接代谢物,这些分解产物可以通过GST进一步代谢。最后,CYP4H17在A.funestus19中与除虫菊抗性有关。综合起来,这些数据有力地支持了GSTMS1在异种生物解毒中的作用。
图 1:记录所有数据集中 AGAP002865-RA 的 2 折更改。x 轴详细说明了不同的数据集,可在上一份出版物1中的补充表 1 中找到这些信息,y 轴显示感兴趣记录中的日志2折变化。浅灰色虚线表示显著性近似阈值,此处为 <0.8 折更改或 >1.2 的折数变化。点状黑线表示折数变化 1(即抵抗人群和易感人群之间的表达没有差异)。请点击此处查看此图的较大版本。
图2:微阵列分布,显示AGAP002865-RA在抗性人群中的显著差异表达。折叠变化在交通灯系统中表示:绿色折叠变化 <1,橙色折叠变化 >1,红色折叠变化 >5。仅显示具有显著(p = 0.05)差异表达式的数据集。请点击此处查看此图的较大版本。
图3:AGAP001076-RA(CYP4G16)的相关网络。在 31 个微阵列数据集的所有脚本中计算成对相关性,并应用用户定义的截止。此处显示的是 (A) [r]> 0.9 和 (B) [r]> 0.8.图上显示的所有脚本都符合此标准,并遵循 AGAP001076-RA 的表达式更改。请点击此处查看此图的较大版本。
图4:GSTMS1和AGAP009110-RA衰减时的mRNA表达和表型。(A) 在科特迪瓦和布基纳法索的两个耐多抗的安.科卢齐伊种群中,对GSTMS1和AGAP009110-RA的mRNA表达。与实验室易感性安·科鲁齐·恩古索相比,水平进行了比较。由 ANOVA 计算的显著性水平,通过后特的 Dunnett 测试计算。(B) 与GFP注入对照组相比,两个转录本的RNAi诱导衰减。GSTMS1衰减显示三角甲二甲二甲二甲二甲二甲物暴露后的死亡率显著增加(由ANOVA通过特次图基测试计算;[p = 0.05,+p = 0.01])。请点击此处查看此图的较大版本。
图5:在阿诺菲莱斯·甘比亚和阿诺菲莱斯·科鲁齐伊种群中GSTMS1的表达。显示可用微阵列数据集中GSTMS1显著差异表达式的地图。在 21 个微阵列数据集中,有 20 个数据集的GSTMS1明显存在差异。请点击此处查看此图的较大版本。
成绩单 ID | 描述 | 布基纳法索 | 科特迪瓦 |
AGAP006879-RA | ATPase | 27.94 | 43.05 |
AGAP007160-RB | 阿-水晶林 | 11.49 | 10.58 |
AGAP007160-RC | 阿-水晶林 | 11.14 | 10.38 |
AGAP007160-RA | 阿-水晶林 | 9.78 | 9.84 |
AGAP009110-RA | 未知 | 9.26 | 5.96 |
AGAP007780-RA | NADH 脱氢酶 | 10.49 | 3.77 |
AGAP006383-RA | 寡糖酶复合亚单位β | 3.69 | 5.57 |
AGAP007249-RB | 飞行 | 4.61 | 3.86 |
AGAP003357-RA | RAG1激活蛋白1样蛋白 | 4.31 | 4.05 |
AGAP007249-RA | 飞行 | 4.48 | 3.46 |
AGAP001998-RA | mRpS10 | 3.46 | 2.85 |
AGAP007589-RA | UGT306A2 | 2.29 | 2.28 |
AGAP000165-RA | GSTMS1 | 1.95 | 1.85 |
AGAP002101-RA | 伊索莱基-tRNA合成酶 | 0.57 | 0.59 |
AGAP002969-RA | 芦参数-tRNA合成酶 | 0.45 | 0.45 |
AGAP004199-RA | 溶质载体系列 5(钠耦合单卡苯二酯运输器),成员 8 | 0.35 | 0.48 |
AGAP004684-RA | rRNA处理蛋白CGR1 | 0.36 | 0.22 |
AGAP006414-RA | Cht8 | 0.024 | 0.36 |
表1:布基纳法索和科特迪瓦人口在同一折数变化方向上有明显差异。来自两个国家代表安·科鲁齐和安·甘比亚人口的每个数据集的脚本 ID、基因描述和平均折叠变化。
相关 | 系统名称 | 成绩单类型 |
1 | AGAP000165-RA | GSTMS1 |
0.82 | AGAP004904-RA | 过氧化氢 酶 |
0.76 | AGAP007243-RA | 26S 蛋白酶监管子单元 8 |
0.79 | AGAP008358-RA | CYP4H17 |
0.76 | AGAP009436-RA | 瓦拉西克洛韦水酶 |
0.75 | AGAP010739-RA | 葡萄糖-6-磷酸盐1-脱氢酶 |
0.85 | AGAP011172-RA | 半胱氨酸伽马-莱酶 |
0.76 | AGAP012678-RA | 葡萄糖-6-磷酸盐1-脱氢酶 |
表2:与GSTMS1密切相关的成绩单。该表显示了使用 {r} 的 IR-TEx 上GSTMS1的相关网络输出> 0.75.该表显示了斯皮尔曼的关联性、成绩单 ID 和每个共相关成绩单的基因描述。
附加文件 1:在 limma 上分析的 A-MEXP-2196 阵列的输出文件。与GFP控制数组相比,该文件源自Met敲除,在 ArrayExpress (E-MTAB-4043) 和另一个以前的出版物1中详细介绍了。列表示 AGAP 标识符(系统名称)、日志折叠更改 (logFC)、日志表达式值 (AveExpr)、t 统计量 (t)、未校正的 p 值 (P.Value)、调整后的 p 值 (adj)。P.Val)和B统计(B)20。就本文件而言,这些蚊子是来自科特迪瓦的阿诺菲莱斯科卢齐,不接触杀虫剂,采集纬度和经度分别为-5.4和6.0。请点击此处查看此文件(右键单击下载)。
附加文件 2:来自 RNAseq 实验的输出文件。RNAseq分析取自Uyhelji等人9,描述了在暴露于50%盐度时,阿诺菲勒蚊子转录组的变化。此文件改编自出版物的表 S2,包括 AGAP 标识符 (系统 ID)、原始折叠更改 (Fold_Change) 和调整后的 p 值 (q_value)。请点击此处查看此文件(右键单击下载)。
附加文件 3:代表性结果的入门列表。AGAP标识符、基因名称、dsRNA正向、dsRNA反向、qPCR正向和qPCR反向引录集。请点击此处查看此文件(右键单击下载)。
补充编码文件 1。请点击此处查看此文件(右键单击下载)。
补充编码文件2。请点击此处查看此文件(右键单击下载)。
补充编码文件3。请点击此处查看此文件(右键单击下载)。
大数据转录组学生成数千个转录记录的列表,这些转录记录对于每个实验条件都进行了不同的表达。其中许多实验是在相关生物体和表型上进行的,并且几乎完全被分析为独立的实验。利用这些丰富的数据源,通过全面检查数据,没有理论假设将1)导致新的候选成绩单的识别,2)防止丢弃有价值的数据,只是因为有太多的信息,以验证在体内1。
IR-TEx 为用户提供了有限的生物信息学背景,能够轻松检查多个数据集、可视化数据集中的更改以及下载相关信息1。尽管 IR-TEx 不支持在每个搜索中搜索多个脚本,但用户只需使用 Excel、R 或其他适当的程序即可检查关联的Fold_Changes.txt 文件。IR-TEx的进一步效用源于使用相关网络来预测转录功能,输入具有未知功能的假设蛋白质或转录本,以及使用下游软件搜索富集1。
在本协议中演示的示例中,IR-TEx 根据其原始功能使用。在这里,它允许探索与杀虫剂耐药性相关的记录,并通过映射图形可视化过度和不足表达的分布。感兴趣的记录在体内进行验证,以确定给定转录本的过度表达或表达不足是否有助于观察到的表型1(例如,杀虫剂耐药性)。这里演示了数据集,如前面报道的1所示,数据集可用于假设驱动的方法,以根据具体国家/地区确定感兴趣的脚本。然后,IR-TEx 可用于 1) 浏览脚本的表达式,2) 通过在每个 -omics 数据集中包含的所有脚本中应用成对关联网络来将脚本的功能与上下文相关。在这里,GSTMS1被证明与一些与排毒有关的其他成绩单有共相关。这些数据(连同导致接触杀虫剂后死亡率显著增加的抄本的敲击)表明该记录在异种生物清除中的重要性。
IR-TEx 是探索网络上或使用本地应用的杀虫剂耐药性相关记录的宝贵资源。该协议演示如何针对不同的 -omics 平台以及全新的数据修改 IR-TEx。本指南说明了如何使用 IR-TEx 将来自多个 -omics 平台和数据集的数据与缺失数据集成,以及如何重新编码 IR-TEx,以便对研究转录数据集的任何人有用。
作者没有什么可透露的。
这项工作由MRC技能发展奖学金资助V.I.(MR/R024839/1)和皇家学会挑战赠款(CH160059)到H.R.。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Laptop with browser | Any | - | - |
R Program | The R Project for Statistical Computing | - | https://www.r-project.org/ |
R Studio | R Studio | - | https://www.rstudio.com/ |
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