空间转录物组学技术进展及其在神经科学领域中的应用

空间转录物组学是在单细胞RNA测序技术基础上实现细胞空间位置信息测定的组学技术。该技术克服了单细胞转录物组学在单细胞分离建库过程中丢失细胞在组织中空间信息的问题,可同时提供研究对象的转录物组数据信息和在组织中的空间位置信息。空间转录物组学技术对研究细胞谱系的发生过程、细胞间的调控机制和相互作用等具有重要作用,是组学技术研究的重要发展方向和热点。近年来,空间转录物组学技术发展迅速,新的检测方法不断产生,检测灵敏度、分辨率和检测通量等技术指标不断提升。本文根据获取空间信息的原理不同,将较为常用的空间转录物组学技术进行了分类,总结了各类方法的检测原理、代表性技术手段及其相应的技术指标。随后,从脑细胞类型区分与细胞层图谱构建、神经系统相关疾病特征分析与标志物研究两个方面举例论述了空间转录物组学技术在神经科学中的应用。最后,对空间转录物组学技术目前存在的问题进行了总结,并对其未来的发展方向进行了展望。     

环境微生物转录组学研究进展

环境微生物转录组学是一门针对复杂生境中RNA转录本中基因转录情况及基因表达活性进行研究的分子生物学手段。本研究概述了环境微生物转录组学的基本概念及其涉及的关键技术,并总结了其在各生境中(土壤,淡水湖泊,海洋以及一些特殊的生态环境)的应用进展。环境微生物转录组学作为一种新颖且有效的技术方法,极大地丰富了微生物生态学的研究手段,并且随着该技术在不同复杂生境中的广泛运用,将对环境科学研究的进步产生巨大的促进作用。     

基于新一代高通量测序的环境微生物转录组学研究进展

环境微生物转录组学是一门新兴学科,它以复杂环境样品中的微生物mRNA为研究对象,利用近年兴起的RNA-Seq高通量测序技术,在整体水平上对环境微生物的基因表达水平和调控规律进行研究.本文概述了环境微生物转录组研究从样品的采集保存、RNA提取、mRNA的富集、cDNA合成直到高通量测序及数据分析的基本流程.总结了该技术面临的主要瓶颈:环境样品mRNA含量低、腐植酸等干扰杂质多、rRNA去除程度有限.针对RNA的提取、纯化以及mRNA的富集这些重点步骤,详细阐述了近年来在提高mRNA的得率与纯度上的方法学进展.重点介绍了高通量测序数据的处理及分析方法,从测序数据的质量控制、序列组装、rRNA的鉴定及去除、功能基因注释及分类到差异表达基因的鉴定.最后总结了近年来环境微生物转录组学在新基因的发现、不同环境条件下微生物的基因表达及调控规律研究、有机物的代谢路径分析等3个主要研究领域的广泛应用.随着测序技术及生物信息学分析工具的发展进步,环境微生物转录组学将具有更广阔的应用前景.     

组学技术在产油微生物中的应用

微生物油脂是未来燃料和食品用油的重要潜在资源。近年来,随着系统生物学技术的快速发展,从全局角度理解产油微生物生理代谢及脂质积累的特征成为研究热点。组学技术作为系统生物学研究的重要工具被广泛用于揭示产油微生物脂质高效生产的机制研究中,这为产油微生物理性遗传改造和发酵过程控制提供了基础。文中对组学技术在产油微生物中的应用概况进行了综述,介绍了产油微生物组学分析常用的样品前处理及数据分析方法,综述了包括基因组、转录组、蛋白(修饰)组及代谢(脂质)组等在内的多种组学技术,以及组学数据基础上的数学模型在揭示产油微生物脂质高效生产机制中的研究,并对未来发展和应用进行了展望。     

组学技术在重离子辐射微生物诱变育种中的应用

重离子辐射诱变具有诱变率高、诱变谱宽、突变体易稳定等优势,在微生物育种实践中已得到广泛应用。随着测序技术的发展,对重离子辐射诱变效应的研究可以实现较为全面地了解突变体在基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等多个层面的生物学信息。本文综述了利用重离子辐射诱变技术进行微生物育种的研究进展,以及联合高通量测序技术探究重离子诱变产生的生物学效应机理。在此基础上,进一步探讨利用组学方法研究重离子诱变微生物的新思路,旨为重离子诱变微生物育种技术提供参考和建议。     

dRNA-seq原理及其在原核生物转录组学研究中的应用

第二代测序技术不仅推进了基因组学的研究, 而且也广泛应用到转录组学的研究中。原核生物转录组学的研究方法主要有Tiling芯片和RNA-seq, 后者因其较高的覆盖率和分辨率以及越来越低廉的成本而逐渐被更多的研究单位采用。根据对mRNA富集方法或rRNA去除方法的不同, 目前RNA-seq方法主要有6种, 其中dRNA-seq由于采用了5′单磷酸依赖的外切酶, 可以特异性地降解加工过的转录本, 从而使初始转录本得到富集, 已被广泛应用到原核生物转录起始位点、小的调控RNA、启动子及操纵子等研究中。文章对dRNA-seq的原理、技术流程及其在原核生物转录组学研究中的应用进行了综述, 并对这一研究方法在现阶段应用的优势和局限性进行了讨论, 也进一步对该方法在未来的发展和应用进行了展望, 期望为国内相关领域研究人员提供参考。     

面向工业生物技术的系统生物学

工业生物技术是以微生物细胞工厂利用可再生的生物原料来生产能源、材料与化学品等的生物技术,在解决资源、能源与环境等问题方面起着越来越重要的作用。系统生物学是全面解析微生物细胞工厂及其发酵过程从"黑箱"到"白箱"的重要研究方法。系统生物学借助基因组、转录组、蛋白质组、代谢组以及代谢流组等多组学数据,可解析微生物细胞工厂在RNA、蛋白与代谢物等不同水平上的变化规律与调控机制。目前,系统生物学在微生物细胞工厂的设计创建与发酵工艺优化中起着越来越重要的指导作用,许多成功应用实例不断涌现,推动着工业生物技术的快速发展。文中重点综述基因组、转录组、蛋白质组、代谢组与代谢流组以及基因组规模的网络模型等各组学技术的最新发展及其在工业生物技术尤其是菌株改造与发酵优化中的应用,并就工业生物技术中系统生物学的未来发展方向进行展望。     

Generation and selection of ribozyme variants with potential application in protein engineering and synthetic biology

Over the past two decades, RNA catalysis has become a major topic of research. On the one hand, naturally occurring ribozymes have been extensively investigated concerning their structure and functional mechanisms. On the other hand, the knowledge gained from these studies has been used to engineer ribozyme variants with novel properties. In addition to RNA engineering by means of rational design, powerful techniques for selection of ribozymes from large pools of random sequences were developed and have been widely used for the generation of functional nucleic acids. RNA as catalyst has been accompanied by DNA, and nowadays a large number of ribozymes and deoxyribozymes are available. The field of ribozyme generation and selection has been extensively reviewed. With respect to the field of biotechnology, RNA and DNA catalysts working on peptides or proteins, or which are designed to control protein synthesis, are of utmost importance and interest. Therefore, in this review, we will focus on engineered nucleic acid catalysts for peptide synthesis and modification as well as for intracellular control of gene expression.     

组学技术及其在食品科学中应用的研究进展

后基因组时代的主要研究任务即是组学(转录组学、蛋白质组学及代谢组学)研究,其发展迅速,有望成为解决生命科学领域诸如食品品质与安全等科学问题的有力工具.组学研究为食品科学相关研究提供了新的思路和技术,在食品加工、贮藏、营养素检测、食品安全以及食品鉴伪等领域中已有广泛的应用.综述转录组学、蛋白质组学及代谢组学研究的核心技术,以及组学技术在食品科学研究中的研究进展,并对其应用前景进行展望.     

基于CRISPR/Cas9的基因分析方法研究进展

自2012年首次证明了CRISPR/Cas9可以在体外进行DNA切割试验以来,CRISPR技术逐渐在基因编辑研究中获得了迅速的发展,除了应用于基因编辑领域之外,它在基因表达调控、基因成像、基因分析等方面也展现出了巨大的应用潜力。尤其在基因分析领域,CRISPR技术由于其精确的基因识别、室温的反应条件、易设计性和操作性等特色,使得一系列新型的基因检测技术得以发展,并取得了超越常规技术的一些检测参数。本文以Cas9蛋白为对象,综述了近些年来在该领域取得的研究进展。主要论述Cas9蛋白的功能、改造、引导RNA(sgRNA)的设计及其在基因分析方法上的应用。     

Commercial high-throughput sequencing and its applications in DNA analysis

DNA sequences can be used for the analysis of genetic variation and gene function. The high-throughput sequencing techniques that have been developed over the past three years can read as many as one billion bases per run, and are far less expensive than the traditional Sanger sequencing method. Therefore, the high-throughput sequencing has been applied extensively to genomic analyses, such as screening for mutations, construction of genomic methylation maps, and the study of DNA-protein interactions. Although they have only been available for a short period, high-throughput sequencing techniques are profoundly affecting many of the life sciences, and are opening out new potential avenues of research. With the highly-developed commercial high-throughput sequencing platforms, each laboratory has the opportunity to explore this research field. Therefore, in this paper, we have focused on commercially-popular high-throughput sequencing techniques and the ways in which they have been applied over the past three years.     

基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究进展

新一代测序技术具有快速、 高通量和低成本的特点, 为“组学”研究带来了新方法、 新方案, 正在深刻地改变着当前生物学的研究模式。近年来, 新一代测序技术极大促进了昆虫特别是无参考基因组信息昆虫的转录组学研究。自2008年至今, 采用新一代测序技术已对7个目的68种昆虫进行了转录组测序, 其中由我国学者完成了6个目的22种昆虫的转录组测序。目前, 昆虫转录组学研究主要集中在基因挖掘、 分子标记开发、 基因表达分析等方面, 为全面揭示昆虫生命活动中相关基因功能、 系统发生与进化以及昆虫与其他生物相互作用等奠定了基础。本文总结了当前昆虫转录组学研究的已有成果, 分析了其今后的发展趋势, 讨论了采用新一代测序技术开展昆虫转录组学研究中存在的诸如研究对象相对局限、 测序准确性不够高等不足, 并指出开展昆虫转录组学研究时需充分思考所要回答的科学问题, 选择合适的研究策略, 评估性价比, 以及开发转录组信息高效利用的方法等。作者建议未来的研究方向侧重于： （1）大规模开展基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究, 特别是对其他目以及独特生态环境中的代表性昆虫应予以重点关注; （2）开发昆虫转录组数据存储及分析的软硬件; （3）合理利用新一代测序技术研究昆虫转录组并充分挖掘已测昆虫转录组中的遗传信息。