在盐胁迫条件下表达霉菌孢子素-2-甘氨酸的Synechococcus elongatus PCC7942转化细胞的转录组数据集

通过RNA测序分析表达M2G的蓝藻菌株在盐胁迫下的转录组变化，发现异源表达的mycosporine合成基因簇（mysABCD）及糖代谢相关基因（sps）表达上调，验证了MAA合成对盐胁迫的响应机制。

　　

摘要

在盐胁迫条件下，对表达麦角甾烷-2-甘氨酸的Synechococcus elongatus PCC 7942转化细胞进行了RNA测序。这些数据提供了当麦角甾烷类氨基酸生物合成途径异源表达时蓝细菌的全局转录组谱型。

公告

麦角甾烷类氨基酸（MAAs）是一种小分子、水溶性化合物，能够吸收紫外线（UV）辐射，并广泛分布于多种生物体中，包括红藻、海星、珊瑚、甲藻和蓝细菌（1）。这些化合物被认为具有抵御环境压力（如紫外线暴露和盐度）的保护作用（2）。常用的模式生物Synechococcus elongatus PCC 7942本身并不天然产生MAAs（3）。我们之前通过引入来自耐盐蓝细菌Halothece sp. PCC 7418的mysABCD基因簇，构建了一个能够产生麦角甾烷-2-甘氨酸（M2G）的Synechococcus菌株（4）。该M2G表达菌株在盐胁迫下会积累M2G（4）。在这里，我们报告了在0.3 M NaCl条件下对M2G表达菌株和对照菌株进行RNA测序的结果，以描述与M2G产生相关的全球转录响应。

M2G表达菌株是通过将Halothece mysABCD基因导入Synechococcus中获得的，使用的载体是plasmid pUC303。mysA（PCC7418_1590）和mysB–mysD操纵子（PCC7418_1078–1076）分别被克隆到BamHI和XhoI切割位点。为了保留原始启动子区域，在编码序列上游约500 bp的位置也进行了克隆。通过自然转化方法将载体导入Synechococcus，并在链霉素（25 μg/mL）存在下筛选转化子。对照细胞则携带空质粒pUC303。

两种菌株均在添加了25 μg/mL链霉素的BG-11培养基中，于30°C下，在持续光照（40 μmol photons m?2 s?1）条件下进行光自养生长。培养从三个独立的起始培养物开始。当培养物的OD???达到0.3–0.4时，通过2,290 × g的离心力在4°C下离心15分钟，收集细胞作为第0天的样本。三个独立的15 mL培养物合并后，得到每种条件下的一个复合样本。对于盐胁迫处理，从三个独立的70 mL培养物中收集细胞，同样在2,290 × g的离心力下离心15分钟，然后重新悬浮在添加了0.3 M NaCl的新鲜BG-11培养基中培养72小时。之后按照上述方法再次离心收集细胞，得到第3天的样本，三个培养物合并后得到每种条件下的一个复合样本。

细胞破碎后，使用RNeasy Plant Mini Kit（Qiagen）和QIAcube Connect系统，在含有2-mercaptoethanol的RLT缓冲液中，通过多珠震荡器（Yasui Kikai）以1,500 rpm的速度离心2分钟，提取总RNA。使用Quantus荧光仪（Promega）、QuantiFluor RNA System和Fragment Analyzer System（Agilent Technologies）评估RNA的数量和质量。使用Ribo-off rRNA Depletion Kit V2（Bacteria；Vazyme）去除核糖体RNA。RNA文库使用MGIEasy Fast RNA Library Prep Set（MGI Tech）制备，并使用Qubit 3.0荧光仪和dsDNA HS Assay Kit（Thermo Fisher Scientific）进行定量，再用Agilent 2100生物分析仪评估质量。环状DNA和DNA纳米球（DNBs）分别使用MGIEasy Dual Barcode Circularization Kit和DNB Rapid Make Reagent Kit（MGI Tech）制备，然后加载到DNBSEQ-T7平台（MGI Tech）上进行双端150 bp测序。

使用cutadapt（v4.0）(5)和sickle（v1.33）(6)去除适配器和低质量读段。然后使用Bowtie2（v2.5.0）(7)将清洁后的读段映射到S. elongatus PCC 7942参考基因组（GenBank: GCF_000012525.1)上。SAM文件转换为BAM格式，使用samtools（v1.17）(8)进行排序和索引。使用featureCounts（v2.0.3）(9)获得基因水平的读段计数，并将其归一化为每百万转录本的计数。所有软件均使用默认参数运行。读段和映射结果的总结见表1。

表1

表1 数据集描述和运行访问信息

样本	菌株	时间点	NaCl浓度	总过滤后的配对读段数	映射读段百分比	运行访问号
Control-D0	对照（空质粒)	第0天	0 M	23,713,430	87.98	DRR795492
Control-D3	对照（空质粒)	第3天	0.3 M	24,726,675	92.86	DRR795493
M2G-D0	M2G表达菌株	第0天	0 M	24,867,170	96.38	DRR795494
M2G-D3	M2G表达菌株	第3天	0.3 M	24,958,555	93.25	DRR795495

由于每个条件仅由一个测序文库代表（三个培养物的合并样本），因此提供的差异表达模式仅用于探索性分析，不应被视为差异表达的统计证据。例如，在M2G表达菌株中检测到映射到引入的mysABCD基因的转录本，在盐胁迫下其表达水平较高，而在对照菌株中则无法检测到或接近背景水平（图1A）。此外，在两种菌株中，蔗糖-磷酸合成酶（Synpcc7942_0808）的表达在盐胁迫下均有所增加（图1B），这与Synechococcus在盐胁迫下的已知反应一致，即蔗糖会作为可溶性溶质积累（10）。

图1

图1 基于每百万转录本（TPM）的表达示例，展示了数据集的实用性。（A）在0.3 M NaCl条件下，空载体对照组和M2G表达菌株在第0天和第3天时，映射到mysABCD基因（PCC7418_1590、1078、1077和1076）的TPM值。（B）相同样本中蔗糖-磷酸合成酶（sps；Synpcc7942_0808）的TPM值。

致谢

本研究部分得到了明治大学国际教育与研究中心（资助H.K.）和日本学术振兴会KAKENHI项目（资助H.K.）的研究经费支持。