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Combined analysis of genome-wide expression profiling of maize ( Zea mays L.) leaves infected with Ustilago maydis

Although many gene expression profiling studies of maize leaves infected with Ustilago maydis have been published, heterogeneity of the results, caused by various data processing methods and pathogenic strains in different data sets, remains strong. Hence, we conducted a combined analysis of six gen... Full description

Journal Title: Genome 2018, Vol.61(7), pp.505-513
Main Author: Wang, Jinglu
Other Authors: Zhang, Ying , Du, Jianjun , Pan, Xiaodi , Ma, Liming , Shao, Meng , Guo, Xinyu
Format: Electronic Article Electronic Article
Language:
Subjects:
ID: ISSN: 0831-2796 ; E-ISSN: 1480-3321 ; DOI: 10.1139/gen-2017-0226
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recordid: nrc10.1139/gen-2017-0226
title: Combined analysis of genome-wide expression profiling of maize ( Zea mays L.) leaves infected with Ustilago maydis
format: Article
creator:
  • Wang, Jinglu
  • Zhang, Ying
  • Du, Jianjun
  • Pan, Xiaodi
  • Ma, Liming
  • Shao, Meng
  • Guo, Xinyu
subjects:
  • Maize
  • Gene Expression
  • Ustilago Maydis
  • Differentially Expressed Genes
  • Maïs
  • Expression Génique
  • Ustilago Maydis
  • Gènes Exprimés De Manière Différentielle
ispartof: Genome, 2018, Vol.61(7), pp.505-513
description: Although many gene expression profiling studies of maize leaves infected with Ustilago maydis have been published, heterogeneity of the results, caused by various data processing methods and pathogenic strains in different data sets, remains strong. Hence, we conducted a combined analysis of six genome-wide expression data sets of maize leaves infected with five different U. maydis strains by using the same pre-processing and quality control procedures. Six data sets were regrouped into five groups according to pathogenic strain used. Subsequently, each group of data set was processed by Multi-array Average for pre-processing and by pair-wise Pearson correlation for quality control. The differentially expressed genes were calculated by a standard linear mixed-effect model and then validated by various sensitivity analysis and multiple evidences. Finally, 44 unique differentially expressed genes were identified. Pathway enrichment analysis indicated that these genes related to response to fungus, oxidation-reduction, transferase activity, and several carbohydrate metabolic and catabolic processes. In addition, the hub genes within protein–protein interaction networks showed high relevance with the basic pathogenesis. We report a highly credible differentially expressed list, and the genes with multiple validations may denote a common signature of U. maydis in maize, which provides a new window for disease-resistant protection of maize plants.
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subjectMaize ; Gene Expression ; Ustilago Maydis ; Differentially Expressed Genes ; Maïs ; Expression Génique ; Ustilago Maydis ; Gènes Exprimés De Manière Différentielle
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0Although many gene expression profiling studies of maize leaves infected with Ustilago maydis have been published, heterogeneity of the results, caused by various data processing methods and pathogenic strains in different data sets, remains strong. Hence, we conducted a combined analysis of six genome-wide expression data sets of maize leaves infected with five different U. maydis strains by using the same pre-processing and quality control procedures. Six data sets were regrouped into five groups according to pathogenic strain used. Subsequently, each group of data set was processed by Multi-array Average for pre-processing and by pair-wise Pearson correlation for quality control. The differentially expressed genes were calculated by a standard linear mixed-effect model and then validated by various sensitivity analysis and multiple evidences. Finally, 44 unique differentially expressed genes were identified. Pathway enrichment analysis indicated that these genes related to response to fungus, oxidation-reduction, transferase activity, and several carbohydrate metabolic and catabolic processes. In addition, the hub genes within protein–protein interaction networks showed high relevance with the basic pathogenesis. We report a highly credible differentially expressed list, and the genes with multiple validations may denote a common signature of U. maydis in maize, which provides a new window for disease-resistant protection of maize plants.
1Bien que de nombreuses études transcriptomiques sur les feuilles de maïs infectées par l’ Ustilago maydis aient été publiées, l’hétérogénéité des résultats, occasionnée par diverses méthodes de traitement des données et l’emploi de souches différentes de l’agent pathogène, demeure considérable. Ici, les auteurs ont réalisé une analyse combinée de six jeux de données transcriptomiques dérivés de feuilles de maïs infectées par cinq souches de l’ U . maydis en faisant appel aux mêmes procédures pour le pré-traitement et le contrôle de qualité des données. Les six jeux de données ont été groupés en cinq groupes sur la base de la souche employée. Ensuite, chaque groupe de données a été soumis à un pré-traitement par l’approche « Multi-array Average » et un contrôle de qualité a été réalisé en calculant une corrélation Pearson pour ces jeux deux à deux. Les gènes exprimés de manière différentielle ont été identifiés à l’aide d’un modèle linéaire standard à effets mixtes et ceux-ci ont ensuite été validés via des analyses de sensibilité et d’autres évidences. Enfin, 44 gènes uniques exprimés de manière différentielle ont été identifiés. Une analyse d’enrichissement des sentiers a révélé que ces gènes étaient impliqués dans la réponse aux champignons, l’oxydoréduction, les activités transférase ainsi que plusieurs processus métaboliques et cataboliques des hydrates de carbone. De plus, les gènes centraux au sein de réseaux d’interactions protéine-protéine étaient très significatifs en rapport avec la pathogénie de base. Les auteurs rapportent ainsi une liste de grande qualité des gènes différentiellement exprimés, et les gènes validés via diverses approches peuvent constituer une signature commune de l’ U . maydis chez le maïs, laquelle fournit de nouvelles avenues pour le développement de maïs résistants. [Traduit par la Rédaction]
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0Wang, Jinglu
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3Pan, Xiaodi
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0Although many gene expression profiling studies of maize leaves infected with Ustilago maydis have been published, heterogeneity of the results, caused by various data processing methods and pathogenic strains in different data sets, remains strong. Hence, we conducted a combined analysis of six genome-wide expression data sets of maize leaves infected with five different U. maydis strains by using the same pre-processing and quality control procedures. Six data sets were regrouped into five groups according to pathogenic strain used. Subsequently, each group of data set was processed by Multi-array Average for pre-processing and by pair-wise Pearson correlation for quality control. The differentially expressed genes were calculated by a standard linear mixed-effect model and then validated by various sensitivity analysis and multiple evidences. Finally, 44 unique differentially expressed genes were identified. Pathway enrichment analysis indicated that these genes related to response to fungus, oxidation-reduction, transferase activity, and several carbohydrate metabolic and catabolic processes. In addition, the hub genes within protein–protein interaction networks showed high relevance with the basic pathogenesis. We report a highly credible differentially expressed list, and the genes with multiple validations may denote a common signature of U. maydis in maize, which provides a new window for disease-resistant protection of maize plants.
1Bien que de nombreuses études transcriptomiques sur les feuilles de maïs infectées par l’ Ustilago maydis aient été publiées, l’hétérogénéité des résultats, occasionnée par diverses méthodes de traitement des données et l’emploi de souches différentes de l’agent pathogène, demeure considérable. Ici, les auteurs ont réalisé une analyse combinée de six jeux de données transcriptomiques dérivés de feuilles de maïs infectées par cinq souches de l’ U . maydis en faisant appel aux mêmes procédures pour le pré-traitement et le contrôle de qualité des données. Les six jeux de données ont été groupés en cinq groupes sur la base de la souche employée. Ensuite, chaque groupe de données a été soumis à un pré-traitement par l’approche « Multi-array Average » et un contrôle de qualité a été réalisé en calculant une corrélation Pearson pour ces jeux deux à deux. Les gènes exprimés de manière différentielle ont été identifiés à l’aide d’un modèle linéaire standard à effets mixtes et ceux-ci ont ensuite été validés via des analyses de sensibilité et d’autres évidences. Enfin, 44 gènes uniques exprimés de manière différentielle ont été identifiés. Une analyse d’enrichissement des sentiers a révélé que ces gènes étaient impliqués dans la réponse aux champignons, l’oxydoréduction, les activités transférase ainsi que plusieurs processus métaboliques et cataboliques des hydrates de carbone. De plus, les gènes centraux au sein de réseaux d’interactions protéine-protéine étaient très significatifs en rapport avec la pathogénie de base. Les auteurs rapportent ainsi une liste de grande qualité des gènes différentiellement exprimés, et les gènes validés via diverses approches peuvent constituer une signature commune de l’ U . maydis chez le maïs, laquelle fournit de nouvelles avenues pour le développement de maïs résistants. [Traduit par la Rédaction]
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