Exploitation of biofuels from microalgae had been get attention as the reduction of fossil fuel. Synechocystis sp. PCC6803, the single-cell microalgae is one of the strong candidates for development of biofuels because they are easy to culture and able to engineer its genome and they had been studied about their lipid and fuel producing conditions. There is no research, however, about the change of gene expression pattern in the culture condition changes in genome-scale. On the other hand, transcriptome sequencing with next generation sequencing system can analyze gene expression pattern in high-throughput even in the strains which aren’t discovered whole genome sequence. With directional RNA sequencing technique, we can obtain strand-specific sequencing reads and analyze the regulation of gene expression by antisense RNA or non-coding RNA. In this paper, Synechocystis sp. PCC 6803 (Kazusa) strain was cultured in changes in temperature and light conditions and their RNA was isolated. cDNA library was constructed with isolated RNA for directional RNA sequencing. Constructed transcriptome libraries were sequenced by Illumina’s MiSeq platform and sequenced reads are mapped to the whole genome sequence of Synechocystis sp. PCC6803 by CLC Genomics Workbench. 63,680,026 reads were mapped to the genome sequence of Synechocystis among the 70,779,674 reads of total. After mapping, RPKM value was calculated for each gene. Comparing RPKM values for each gene, we obtain gene list which shows different expression pattern depends on culture conditions. This work shows the changes of the expression pattern of genes depending on culture conditions.
화석 연료의 고갈로 인해 미세 조류를 이용한 바이오 연료 개발이 주목받고 있다. Synechocystis sp. PCC6803은 바이오 연료 개발의 유용한 후보군 중 하나인 단세포 미세조류로, 공학적 접근이 용이하고 전체 유전체 시퀀스가 밝혀져 있으며, 이 균주 내에서 지질 및 연료 생산관련 연구가 다수 진행되어 있다는 장점을 가진다. 그러나 여러 배양 조건에 따른 전체 유전체 수준에서의 유전자 발현 패턴 분석은 아직 이루어지지 않고 있다. 한편, 차세대 시퀀싱 기술을 이용한 전사체 시퀀싱은 전체 유전체 서열이 밝혀지지 않은 종에 대해서도 고효율로 유전자 발현 패턴 분석을 가능케 하는 장점이 있다. RNA 시퀀싱 기술을 이용하여 가닥 특이적 시퀀싱 리드를 얻고 이를 이용하여 역방향 RNA나 ncRNA 등에 의한 유전자 발현 조절 연구도 가능하다. 본 연구에서는 Synechocystis sp. PCC6803 (Kazusa) 균주를 온도 및 광량 변화 조건 아래에서 배양하여 RNA를 얻고 방향성 전사체 시퀀싱을 위한 cDNA 라이브러리를 구축하였다. 구축된 전사체 라이브러리는 일루미나의 MiSeq 플랫폼을 이용하여 시퀀싱되었고 시퀀싱 리드는 Synechocystis sp. PCC6803의 전체 유전자 서열에 CLC Genomics Workbench를 이용하여 매핑되었다. 전체 70,779,674 개의 리드 중 63,680,026 개의 리드가 유전체에 매핑되었다. 매핑 후, 각 유전자에 대한 RPKM 값을 계산하여 이 값을 기준으로 유전자 발현 패턴 분석을 진행하였다. RPKM 값을 비교 분석하여 다른 발현 패턴에 차이를 보이는 유전자 목록을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 배양 조건에 따른 유전자 발현 패턴을 전체 유전체 수준에서 살펴보고, 이후 연구를 위한 기본 데이터를 생산하였다. 이를 기반으로 전체 전사체 구조 연구, 유전자 발현 조절 연구 등이 이루어질 수 있을 것이다.
