Differential gene expression analysis of Nostoc sp. N6 in Peltigera membranacea

Abstract

The adaptation and/or acclimatization of organisms to temperature stress through gene regulation is of crucial importance. However the methodological approaches to analyze and visualize gene expression data in a complex setting need to be refined. The primary goal of this work was to compare a few selected methods, explore ways to visualize the data, and to look for biologically significant results in a transplant experiment. The RNA-sequencing data was obtained from Peltigera membranacea lichens grown in low and high stress habitats in Iceland. The performance of the methods dream, lmFit, and glmFit, in identifying differentially expressed (DE) genes in cyanobacteria within lichen samples subjected to temperature shifts was analyzed. The results show that glmFit finds more DE genes than the other methods. Gene set enrichment analyses were performed using topGO and hypeR, with results showing limited overlap between the two methods. The dream method was postulated to be the most appropriate due to the longitudinal aspect of the study. It was found that the gene expression profile of Nostoc within the lichen varies depending on the habitat, with the lichens from low-stress environments showing the greatest differential gene expression in response to a temperature shift. The study also reveals the role of various genes in stress responses, including those encoding ribosomal proteins and the ATP synthase subunit I. Furthermore, the study indicates the possible involvement of chromatic acclimation, which may include the downregulation of phycocyanin and phycobilisome linker proteins.

Aðlögun lífvera að streitu/álagi í umhverfi, sem fæst með breytingu á genatjáningu, er mikilvæg. Aðferðirnar sem notaðar eru til að greina slíkar breytingar við flóknar aðstæður þarf hins vegar að þróa. Í þessari ritgerð er lýst greiningu á mismunandi genatjáningu, unnin með gögnum sem fengust frá rannsókn á áhrifum umhverfisbreytinga á fléttur. RNA gögn voru úr fléttutegundinni Peltigera membranacea frá tveimur mismunandi svæðum í Heiðmörk. Aðal tilgangurinn er að bera saman aðferðir fyrir greiningu á genatjáningu, kanna aðferðir til að lýsa gögnum og reyna að finna líffræðilegar orsakir sem útskýra mismun. Aðferðirnar sem bornar eru saman eru dream, lmFit og glmFit. Þessar aðferðir voru notaðar til að finna þau gen í Nostoc sp. 6 samlífs blábakteríum sem sýna marktækan mun á genatjáningu eftir meðhöndlun við mismunandi hitastig. Niðurstöðurnar sýna að glmFit finnur fleiri slík gen en hinar aðferðirnar. Aðferðirnar topGO og hypeR voru síðan notaðar til finna þær genafjölskyldur sem genin tilheyra. Dream aðferðin var talin henta best fyrir þá rannsóknaraðferð sem beitt var. Niðurstöðurnar sýna mismun á genatjáningu eftir aukningu á hita frá 4 °C til 20 °C, þar sem Nostoc í fléttum frá svæðum með mildara loftslag sýndi meiri svörun. Reynt er að finna líffræðilegar skýringar á þessu, meðal annars í viðbrögðum ríbósóm og ATP synþasa próteina við umhverfis streitu/álagi. Einnig virðist verða ljósaðlögun sem viðbragð við breytingu á umhverfi.