新一代高通量RNA测序数据的处理与分析

随着新一代高通量DNA测序技术的快速发展,RNA测序(RNA-seq)已成为基因表达和转录组分析新的重要手段．RNA-seq技术产生的海量数据为生物信息学带来了新的机遇和挑战．有效地对测序数据进行针对性的生物信息学处理和分析,成为RNA-seq技术能否在科学探索中发挥重大作用的关键．以新一代Illumina/Solexa测序平台所产生的数据为例,在扼要介绍高通量RNA-seq测序流程的基础上,对RNA-seq数据处理和分析的方法和现有软件做一个较为全面的综述,并对其中有待进一步研究的问题进行展望．     

基于高通量测序的RNA修饰检测技术

转录后修饰广泛存在于各种RNA分子中,对RNA发挥功能至关重要.目前,RNA上的化学修饰已达到160余种(https://iimeb.genesilico.pl/modomies/),其中甲基化修饰是最常见的修饰类型.薄层层析、高效液相色谱及质谱等传统的检测方法对RNA修饰的鉴定和定量做出了重要贡献.然而,RNA修饰的...     

高通量测序技术及其在表观遗传学上的应用

DNA测序技术是现代生命科学研究的重要工具之一,而高通量测序技术在全基因组的研究中发挥着越来越重要的作用。简要回溯DNA测序技术的产生与发展,着重从PCR扩增测序和单分子测序两个方面全面描述了高通量测序中众多代表性的技术及直接测序技术,并从DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等方面阐述了高通量测序技术在表观遗传学上的运用。     

细菌DNA甲基化研究进展

DNA甲基化修饰是细菌调控基因表达的一种重要方式,在很多生理过程中发挥非常关键的作用.本文系统介绍了细菌DNA甲基化修饰的起源、DNA甲基转移酶,分类总结了DNA甲基化调控基因表达的机制.同时对近年来细菌DNA甲基化的功能、DNA甲基化检测方法的进展进行了综合评述.这些研究对人类了解细菌DNA甲基化表观调控及控制细菌感染具有重要指导意义.     

利用甲基化特异性引物高通量检测DNA甲基化

建立一种基于甲基化特异性引物和SAGE技术的高通量DNA甲基化定量检测新方法（MSP-SAGE）,首先利用亚硫酸氢钠对基因组DNA进行处理,使未甲基化的C转变为U,而甲基化的CpG不变.将处理和未处理的DNA双链变性后用随机引物PNNNNCG对存在含有CG的单链进行延伸,而无甲基化CG的单链处则不能延伸;将差异延伸的单链序列和频次信息经过系列分子操作后,引入PCR扩增模板;对中间带有未知序列的PCR扩增产物进行串连克隆测序.将来自于未处理组和处理组的某一CpG位点的序列出现的次数定义为［Tags］A和［Tags］B,将标准系列的实际甲基化水平和［Tags］B/［Tags］A之间建立线性回归方程.根据每一CpG位点的［Tags］B/［Tags］A比值可反推该位点的甲基化水平.MSP-SAGE具有良好的线性,基于标准系列的［Tags］B/［Tags］A与其实际甲基化水平的标准曲线方程为y＝1.455x（R²＝0.984,P<0.01）.MSP-SAGE的回收率在95%到110%之间,精确度位于4.2％和10.5%,检测限在3％左右,单次检测通量可达24个CpG位点.MSP-SAGE是一种很有应用前途的高通量DNA甲基化定量检测方法.     

基于高通量测序的RNA信息解析技术

非编码RNA (noncoding RNA,ncRNA)占据真核生物转录组的绝大部分,在各种生理和病理过程中发挥重要作用.随着高通量测序技术的发展,人们利用RNA信息学技术解析到越来越多的非编码RNA的信息,并逐渐揭示其功能和作用机制.该文主要介绍非编码RNA及其靶标鉴定、RNA功能网络、RNA与蛋白质互作、RNA修饰...     

植物RNA聚合酶Ⅳ调控DNA甲基化和发育的研究进展

DNA甲基化是一类稳定可遗传的表观遗传修饰,在调控基因表达、沉默转座子和维持基因组稳定性等方面发挥重要作用。植物中,DNA从头甲基化通过RNA指导的DNA甲基化(RNA-directedDNAmethylation,RdDM)途径建立。植物特有的DNA依赖的RNA聚合酶Ⅳ(DNA-dependent RNA polymerase Ⅳ, Pol Ⅳ)是RdDM途径核心蛋白,转录产生非编码RNA,通过RdDM途径引导从头建立DNA甲基化,进而调控植物基因表达和生长发育。Pol Ⅳ行使功能受多个蛋白调控：组蛋白阅读器SHH1 (SAWADEE homeodomain homolog 1)识别H3K9甲基化引导Pol Ⅳ到基因组特定位点;染色质重塑因子CLSY (CLASSY)蛋白家族协助Pol Ⅳ识别靶位点;RNA依赖的RNA聚合酶2 (RNA-dependent RNA polymerase 2, RDR2)将Pol Ⅳ转录产生的单链RNA转换成双链RNA。本文总结了Pol Ⅳ及其调控蛋白调控植物DNA甲基化和发育的研究进展,以期为DNA甲基化研究和农作物育种提供参考。     

RNA介导的植物DNA甲基化研究进展

RNA介导的DNA甲基化作用(RNA-directed DNA Methylation,RdDM)是首次在植物中发现的基因组表观修饰现象,RdDM通过RNA-DNA序列相互作用直接导致DNA甲基化。植物中的RdDM和siRNA介导的mRNA降解现象,都是通过RNA使序列特异性基因发生沉默,它们对于植物的染色体重排、抵御病毒感染、基因表达调控和发育的许多过程起到了非常重要的作用。在植物中有很多的文献报道RdDM现象,但是对于其具体调控机理还不是很清楚。这里对RNA介导的植物DNA甲基化的基本特征进行了简要概述,主要对RdDM机理的研究进展进行了综述,其中包括RdDM过程中的DNA甲基转移酶的种类及其作用机理,DNA甲基化与染色质修饰之间的关系,以及与RdDM相关的重要蛋白质的研究等。在植物中,转录和转录后水平都可能发生RdDM,诱发基因沉默,前者常涉及靶基因启动子的甲基化,后者则牵涉到编码区的甲基化。RdDM的发生依赖于RNAi途径中相似的siRNA和酶,如DCL3、RdR2、SDE4和AGO4。植物中至少含有三类DNA甲基转移酶DRM1/2、MET1和CMT3,其作用部位是与RNA同源的DNA区域中的所有胞嘧啶,而组蛋白H3第九位赖氨酸的甲基化影响着胞嘧啶的甲基化。     

组蛋白赖氨酸甲基化修饰与先天性心脏病研究进展

组蛋白修饰是表观遗传调控的一个重要组成部分, 它通过改变染色质的结构以及与其他调控蛋白相互作用, 调节真核基因的表达。组蛋白修饰异常可能导致多种疾病的发生, 同时, 组蛋白修饰的可逆性为疾病的治疗提供了新的思路。文章主要对组蛋白赖氨酸甲基化修饰与先天性心脏病发生的有关机制进行了综述, 以期能够为从事该领域研究的科研人员提供有价值的参考。     

野生动物种群DNA甲基化进展分析

DNA甲基化通常是指胞嘧啶第5位碳原子和甲基基团的共价结合,可调节基因表达程度,参与有机体的重要生命过程,是目前研究最为透彻的表观遗传过程之一。环境变化可以诱导DNA甲基化的变异,这可能是有机体适应新环境的有效途径之一。研究表明,在不同环境下生存的野生动物,其种群内和种群间均存在显著的DNA甲基化差异;同时,相对于遗传多态性水平,野生动物具有更高的表观遗传多态性水平,表明至少有一部分的表观遗传变异独立于遗传变异,这是DNA甲基化具备潜在进化作用的一个先决条件。DNA甲基化变异可能促进了野生动物种群表型多样化,且一些变异的DNA甲基化模式和水平可跨代遗传,可使其快速适应新环境,有助于种群的扩散和进化。这些研究有助于深入理解野生动物种群中非遗传分歧诱导的一些可遗传的表型现象,洞察野生动物种群环境适应性的表观遗传机制,以及DNA甲基化在物种进化中具有的潜在作用,同时我们也对野生动物种群DNA甲基化研究工作的不足进行了探讨和展望,为野生动物种群的表观遗传研究提供理论依据。     

单细胞RNA测序数据分析方法研究进展

单细胞RNA测序(Single cell RNA sequencing,scRNA-Seq)已经广泛应用于细胞分化、肿瘤微环境及多种疾病病因学研究。目前,由于scRNA-Seq具有低捕获率、高噪声、高变异性等特点,通过优化数据分析方法提高测序结果准确性已经成为测序领域的研究热点。对近年来数据分析过程中利用的数学方法进行了总结,讨论了数据分析的优势及存在的问题,以期为新算法的开发和应用提供参考,逐步提高测序结果的可靠性。     

植物DNA甲基化及其表观遗传作用

表观遗传学(epigenetics)是研究没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达的改变。目前研究表明,表观遗传学在植物生长发育过程中起着极其重要的作用,主要通过包括DNA甲基化、RNA干涉、基因组印记、转基因沉默等多个方面来调控植物的生长发育。其中,DNA甲基化是表观遗传学的最重要研究内容之一,是调节基因组功能的重要手段。现对植物DNA甲基化的特征、维持机制、调控机制、表观遗传作用及其研究方法进行简要论述。     

亚硫酸氢钠测序法检测水稻FIE基因CpG岛甲基化状态

建立了适用于水稻基因组特定基因甲基化检测的亚硫酸氢钠测序法,并利用此方法对FIE2A基因CpG岛部分片段的甲基化差异进行了研究。采用CTAB法提取水稻叶片和胚乳细胞的基因组DNA,经亚硫酸氢钠化学修饰后,针对已修饰的FIE基因序列设计特异引物并结合巢式PCR扩增,TA载体克隆、测序,最后对测序结果进行分析。结果表明巢式PCR能够增加特异性产物的产生,FIE基因CpG岛在对称的CG和CNG位点甲基化水平较高,而在非对称CNN位点甲基化水平最低,此外在叶片中的平均甲基化水平较高。由此表明本研究建立的亚硫酸氢钠测序法适用于水稻基因组特定基因甲基化状态的检测。     

高通量测序技术在细菌耐药中的应用

细菌耐药已成为威胁全球人类公共健康的重要因素之一,快速、准确明确细菌耐药的特性、机制及传播特征对疾病治疗及控制耐药菌的传播具有重要意义。高通量测序技术可以同时平行检测多个基因序列的状态,已广泛应用于细菌耐药检测。目前高通量测序技术在细菌耐药领域的应用主要有:全基因组测序技术、目标区域测序技术和宏基因组测序技术。所采用的测序平台主要为Illumina、Ion Torrent、BGI等二代测序和Pacific Biosciences、Oxford Nonopore 等三代测序平台。通过细菌耐药基因预测细菌耐药表型的准确性在很大程度上依赖于成熟的专业耐药基因数据库,各种通用型、特异型及隐马尔可夫模型耐药基因数据库的建立和完善,为高通量测序技术在细菌耐药领域的应用提供了坚实的基础。本文简要介绍了高通量测序技术、数据分析方法及相应测序平台在细菌耐药领域中的应用进展,并同时介绍了细菌耐药数据库的现状。     

DNA甲基化的生物信息学研究进展

作为重要的表观遗传学现象之一,DNA甲基化对基因的表达发挥重要的调控功能．随着高通量检测技术的不断发展,对DNA甲基化的生物信息学研究也成为DNA甲基化研究中的一个非常活跃的热点．对生物信息学在DNA甲基化状态的预测、CpG岛不易被甲基化的机制研究、探索DNA甲基化同其他表观遗传学现象之间的关系以及DNA异常甲基化同癌症的发生和发展之间的关系等方面的研究进展进行综述．     

Methylation Modifications in Eukaryotic Messenger RNA

RNA methylation modifications have been found for decades of years, which occur at different RNA types of numerous species, and their distribution is species-specific. However, people rarely know their biological functions. There are several identified methylation modifications in eukaryotic messenger RNA （mRNA）, such as NT-methylguanosine （mVG） at the cap, Nr-methyl-2＇-O-methyladenosine （m6Am）, 2＇-O-methylation （Nm） within the cap and the internal positions, and internal N6-methyladenosine （m6A） and 5-methylcytosine （mSC）. Among them, mTG cap was studied more clearly and found to have vital roles in several important mRNA processes like mRNA translation, stability and nuclear export, m6A as the most abundant modification in mRNA was found in the 1970s and has been proposed to function in mRNA splicing, translation, stability, transport and so on. mrA has been discovered as the first RNA reversible modification which is demethylated directly by human fat mass and obesity associated protein （FRO） and its homolog protein, alkylation repair ho- molog 5 （ALKBH5）. b-TO has a special demethylation mechanism that demethylases m6A to A through two over-oxidative intermediate states： N6-hydroxymethyladenosine （hm6A） and Nr-formyladenosine （frA）. The two newly discovered m6A demethylases, bTO and ALKBH5, significantly control energy homeostasis and spermatogenesis, respectively, indicating that the dynamic and reversible mrA, analogous to DNA and histone modifications, plays broad roles in biological kingdoms and brings us an emerging field ＂RNA Epige- netics＂. 5-methylcytosine （5mC） as an epigenetic mark in DNA has been studied widely, but mSC in mRNA is seldom explored. The bisulfide sequencing showed mSC is another abundant modification in mRNA, suggesting that it might be another RNA epigenetic mark. This review focuses on the main methylation modifications in mRNA to describe their formation, distribution, function and demethylation from the current knowledge and to provide future 19erspectives on functional studies.