翻译组研究技术进展

基于高通量测序的RNA-Seq广泛被用于检测组织和细胞中基因的表达和调控机理研究,然而已有的文献表明mRNA水平并不能反映蛋白质的丰度,而研究正在翻译的mRNA的翻译组则比转录组更能反映蛋白组的实际水平,因此翻译组研究比转录组研究更具有理论和实践意义。对翻译组研究最为经典的多聚核糖体图谱技术到最近发展起来的核糖体图谱技术、核糖体亲和纯化技术以及翻译谱分析技术进行了综述比较,并介绍了翻译组研究前景,以便为翻译组研究提供参考。     

植物响应淹涝的转录组学研究进展

转录组测序技术,能够从mRNA水平研究物种基因功能以及特定的生理学过程,采用该项技术可研究植物在淹涝胁迫下所有的基因表达水平情况,有利于揭示植物对淹涝的应答机理。综述了采用转录组测序技术揭示的淹涝胁迫下植物体内信号传导、内源激素、光合作用、呼吸代谢与活性氧清除等途径中的差异基因表达情况,以及各种转录因子和功能蛋白的差异基因表达情况,并展望了今后的研究趋势,以期为植物淹涝研究提供参考。     

金针菇菌柄发育的转录组与蛋白组分析

菌柄是金针菇等食用菌的主要商品部位,但其生长机制仍不明确。本研究对金针菇伸长期和成熟期菌柄进行了转录组联合蛋白组分析,结果显示,两样本显著性差异表达基因和蛋白分别为721个和61个,均以上调表达为主。GO（gene ontology）功能聚类分析表明：有72.41%的差异表达基因富集在催化活性（catalytic activity）条目下。细胞组分（cell part）和绑定结合（binding）条目同时富集了较多的差异表达基因和蛋白。KEGG通路富集分析显示：碳水化合物代谢通路（carbohydrate metabolism）和氨基酸代谢通路（amino acid metabolism）富集的差异表达基因较多。差异表达蛋白富集较多的通路是单环菌素生物合成（monobactam biosynthesis,ko00261）、链霉素生物合成（streptomycin biosynthesis,ko00521）和有机含硒化合物代谢（selenocompound metabolism,ko00450）等。内质网蛋白质加工（protein processing in endoplasmic reticulum,ko04141）和MAPK信号通路（MAPK signaling pathway-yeast,ko04011）在转录组和蛋白组的KEGG富集分析中均为差异通路。本研究联合转录组和蛋白组数据筛选了40个金针菇菌柄发育中差异表达基因,为深入研究揭示食用菌菌柄发育过程提供候选基因。     

代谢物组学的研究进展

结构基因组学、蛋白质组学和转录物组学的研究产生了大量关于基因表达和蛋白质表达的数据,但同时,它们与功能基因组学的研究相比也显示出了局限性。与之相对,生物体内代谢物组的研究有广阔的前景,这便随之产生了代谢物组学。本系统地综述了代谢物组学的最新发展动态,主要包括代谢物组学的研究内容、研究手段及其应用领域等方面。     

多组学整合网络: 一把精准解码玉米功能基因组的钥匙

高通量组学技术的快速发展使生命科学进入大数据时代。科学家们从基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等多组学数据中剥茧抽丝, 逐步揭示生物体内复杂而巧妙的调控网络。近日, 华中农业大学李林课题组联合杨芳课题组和严建兵课题组构建了玉米(Zea mays)首个多组学整合网络。该网络包括3万个玉米基因在三维基因组水平、转录水平、翻译水平和蛋白质互作水平的调控关系, 由280万个网络连接组成, 构成1 412个调控模块。利用该整合网络, 研究团队预测并证实了5个调控玉米分蘖、侧生器官发育和籽粒皱缩的新基因。进一步结合机器学习方法, 他们预测出2 651个影响玉米开花期的候选基因, 鉴定到8条可能参与玉米开花期的调控通路, 并利用基因编辑技术和EMS突变体证实了20个候选基因的生物学功能。此外, 通过对整合调控网络的进化分析, 他们发现玉米两套亚基因组在转录组、翻译组和蛋白互作组水平上存在渐进式的功能分化。这套集合多组学数据构建的整合网络图谱是玉米功能基因组学研究的重大进展, 为玉米重要性状新基因克隆、分子调控通路解析和玉米基因组进化分析提供了新工具, 是解锁玉米功能基因组学的一把新钥匙。     

整合转录组学数据的代谢网络研究进展

高通量测序技术的快速发展催生了涵盖各层次细胞生命活动的组学数据,如转录组学数据、蛋白质组学数据和互作组学数据等。同时,全基因组代谢网络模型在不断完善和增多。整合组学数据,对生物细胞的代谢网络进行更深入的模拟分析成为目前微生物系统生物学研究的热点。目前整合转录组学数据进行全基因组代谢网络分析的方法主要以流量平衡分析(FBA)为基础,通过辨识不同条件下基因表达的变化,进而优化目标函数以得到相应的流量分布或代谢模型。本文对整合转录组学数据的FBA分析方法进行总结和比较,并详细阐述了不同方法的优缺点,为分析特定问题选择合适的方法提供参考。     

系统生物学研究中不同组学数据的整合

高通量实验方法的发展导致大量基因组、转录组、代谢组等组学数据的出现,组学数据的整合为全面了解生物学系统提供了条件.但是,由于当前实验技术手段的限制,高通量组学数据大多存在系统偏差,数据类型和可靠程度也各不相同,这给组学数据的整合带来了困难.本文以转录组、蛋白质组和代谢组为重点,综述了近年来组学数据整合方面的研究进展,包括新的数据整合方法和分析平台.虽然现存的数据统计和网络分析的方法有助于发现不同组学数据之间的关联,但是生物学意义上的深层次的数据整合还有待于生物、数学、计算机等各种领域的全面发展.     

多组学分析揭示Grb2介导α-硫辛酸抑制肝癌细胞增殖研究

目的:为更深入了解α-硫辛酸如何影响复杂信号通路间的相互作用抑制细胞增殖。方法:我们凭借RNA-Seq与同位素相对标记与绝对定量技术,对α-LA处理24 h HepG2细胞在转录和蛋白表达水平的变化差异进行分析,并借助实时定量PCR免疫印迹技术对组学数据进行了鉴定。结果:转录组学提示共有4,446个基因(2,097个基因表达下调,2,349个基因表达上调)的表达在α-LA处理24 h后呈现显著性改变。GO分析提示,编码肿瘤相关细胞膜蛋白的基因是受α-LA影响最为显著的一类mRNA;蛋白质组学进一步提示Grb2可能是受α-LA调控的膜受体信号通路中关键的靶分子。结论:α-LA抑制HCC细胞增殖是通过下调Grb2介导的相关通路而实现。     

利用下一代测序技术进行转录组学分析

转录组学的分析已成为基因表达调控研究的重要工具,而高通量测序技术的整合成为了转录组学研究的有利工具。     

金针菇成熟期和伸长期菌盖的转录组与蛋白组比较分析

菌盖是大型真菌的重要组成部分,也是其产生有性孢子的部位,但是其发育机制仍不明确。本研究以金针菇Flammulina filiformis为材料,采用转录组和蛋白组联合分析的方法,比较分析了金针菇成熟期和伸长期菌盖的差异基因与蛋白,并对其进行GO (gene ontology)功能聚类分析、KEGG (Kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析和蛋白互作网络分析。本研究筛选到差异表达基因有1 391个,差异表达蛋白147个,均以上调表达为主。GO功能聚类分析结果表明,催化活性(catalytic activity)条目富集基因最多,其次是细胞组分(cell part)、细胞过程(cellular process)和细胞器(organelle)。KEGG富集分析结果表明,差异表达基因和蛋白主要富集在碳水化合物代谢通路(carbohydrate metabolism)和氨基酸代谢通路(amino acid metabolism)等。本研究选取了9个关键的差异表达基因,使用实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR,RT-qPCR)对其表达量进行了验证。RT-qPCR验证结果与转录组测序结果相一致。蛋白互作网络分析表明,水解酶类、结构域类和转录调节类蛋白为互作网络的主要结点。本研究联合转录组、蛋白组测序数据,通过分析差异基因与蛋白,为深入了解金针菇菌盖发育机制提供数据参考。     

转录组与蛋白质组比较研究进展

转录组和蛋白质组比较研究发现,总体而言其间的相关性不高 . 根据数据的类型不同可以将现有的研究分为 4 类：单点比较、两点差异比较、多点时序比较和多点非时序比较 . 对其差异原因的研究和分析表明：除了由实验系统及数据类型不同导致的差异外,转录后蛋白质合成各步骤所受到的限制,以及在此过程中的分子调控也对其有重要的影响;而且不同基因,不同组织和细胞在不同状态下可能也会有差异 . 因此,结合转录组和蛋白质组的表达谱研究倾向于利用蛋白质组和转录组研究的差异和互补性,同时对生物体特定状态下的基因和蛋白质表达水平进行全方位度量,以获得表达谱的全景图,并挖掘受到转录后调控的基因 .     

巴斯德毕赤酵母甲醇诱导表达磷脂酶A2的转录组学分析

【目的】基于转录组学技术研究表达磷脂酶A_2的毕赤酵母重组菌在甲醇诱导表达外源蛋白时的基因表达差异,从而解析外源蛋白高效诱导表达机制,为进一步工程菌株的改造提供理论支撑。【方法】以一株产磷脂酶(PLA_2)的毕赤酵母为出发菌株,采用RNA-Seq二代测序方法,研究在甘油培养和甲醇诱导两种条件下,重组毕赤酵母转录组基因表达差异情况。【结果】重组毕赤酵母中共鉴定到5225个转录本。甘油培养与甲醇诱导相比,共有857个基因发生显著变化。依据代谢途径分类,差异基因集中在核糖体成分、甲醇代谢、磷酸戊糖途径、糖酵解途径、柠檬酸循环、乙醛酸循环以及蛋白质加工过程。【结论】通过分析甲醇诱导前后的差异表达基因,结果表明碳源改变对胞内代谢会产生全局影响。本研究结果为进一步研究毕赤酵母表达外源蛋白的机制提供了基础。     

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.     

全转录组学在畜牧业中的应用

RNA作为一种大分子参与基因编码、解码、调控、表达等多种生物学过程。目前,对RNA的功能研究主要通过全转录组测序方法来完成。全转录组研究可以对基因结构与功能进行更深层次地分析和探究,揭示基因表达与生命现象之间的内在联系。现阶段,基于高通量测序技术的转录本结构研究、基因表达水平研究及非编码区域功能研究在模式动物、猪、禽类中已大量开展,但在羊上却鲜有报道。本文介绍了利用RNA-seq及Small RNA-seq技术研究全转录组的一般流程及常用策略,综述了全转录组学技术在畜牧业领域中的研究进展。     

番茄转录组学研究进展

番茄是一种世界范围内种植的蔬菜作物,随着番茄基因组测序的大规模完成,转录组学在番茄研究中发挥着无可替代的作用。转录组学作为功能基因组学的代表,在植物抗病、抗逆的过程中有着诸多应用。转录组学的研究可以从整体的水平上反映出细胞中基因的表达情况及其调控规律。本综述主要介绍了转录组学的主要技术及其原理,同时结合转录组学在番茄中的一些应用来展开,为研究番茄复杂的农艺性状的分子机制、不同的发育阶段基因表达调控网络等提供理论依据。     

河蟹螺原体非编码RNA及其毒力靶标的多组学系统挖掘*

我国是世界最大水产养殖国,每年甲壳动物因病害造成的经济损失约为70亿元。其中,螺原体(Spiroplasma)是甲壳动物重要的致病菌之一,可造成虾蟹大面积死亡,已列入农业农村部三类疫病。非编码RNA(ncRNA)广泛存在于细菌中,其主要通过碱基配对识别靶标mRNA在转录后水平调节基因的表达,部分ncRNAs通过与蛋白质相互作用而影响蛋白质功能。近年研究表明,细菌ncRNAs在毒力调控中扮演极为重要的角色。为了研究河蟹螺原体ncRNAs在甲壳动物致病中的分子调控作用,需系统筛选鉴定螺原体感染相关的ncRNAs和毒力靶标。通过比较基因组、差异转录组、定量蛋白质组、系统生物学和分子相互作用联合研究得到:整合基因组和转录组挖掘得到河蟹螺原体ncRNAs 共54个;在体内感染和体外培养的不同时期,利用数字基因表达谱分析分别得到11个和28个差异显著ncRNAs;利用4款生物软件预测ncRNAs靶标,取交集得到423个;利用定量蛋白质组检测,鉴定出68个差异毒力蛋白,这些差异毒力蛋白与ncRNAs的30个毒力靶标中的21个相同;利用网络生物学分析得到主要的节点Hub-ncRNA共有6个;利用RNA pull-down、原核链特异性测序和LC-MS/MS综合分析,得到重要节点ncRNA SR05的互作RNA 53个、互作蛋白质120个。相关研究成果,可为诠释河蟹螺原体致病机制及其与宿主相互作用机制奠定基础,为虾蟹该疾病的综合防治提供科学依据。     

黑曲霉组学研究进展

黑曲霉作为重要的工业发酵菌株,被广泛用于多种有机酸和工业用酶的生产。随着组学技术的日益发展和成熟,黑曲霉的基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等组学数据不断增长,宣告着黑曲霉生物过程研究大数据时代的到来。从单一组学的数据分析、多组学的比较到以基因组代谢网络模型为中心的多组学整合研究,人们对黑曲霉高效生产机制的理解不断深入和系统,这为通过遗传改造和过程调控对菌株的生产性能进行理性的全局优化提供了可能。本文回顾和总结了近年来黑曲霉的组学研究进展,并提出黑曲霉组学研究未来的发展方向。     

时空转录组研究进展

时空异质性是造成不同组织功能差异的关键因素,在细胞命运调控过程中发挥重要作用。时空转录组(stRNA-seq)是一项将定量转录组与高分辨率组织成像相结合的新兴组学技术。它将表达数据锚定到目标器官或组织的物理图上,并以无偏见的生物信息学方式对组织切片和细胞层进行分子表征,反映特定细胞内基因的时空异质性表达丰度。受益于高通量测序技术的快速发展,时空转录组为探究各类细胞基因表达的时空异质性提供了新的实验思路和方法。该文介绍了时空转录组的原理和发展进程,以及不同时空转录组的技术特点和优劣,总结了时空转录组在动物、植物和微生物中的应用,可为今后系统开展时空转录组研究提供理论参考。     

乙醇胁迫抑制毕赤酵母表达外源蛋白的转录组学分析

在5 L发酵罐中进行毕赤酵母发酵表达猪?干扰素的实验,发现甘油培养末期乙醇的积累会抑制外源蛋白的表达。从转录组学角度系统分析不同浓度乙醇胁迫条件下,毕赤酵母甘油培养期和甲醇诱导期细胞的生理状态变化。研究结果表明,在甘油培养期,乙醇胁迫使得毕赤酵母细胞中的545个基因发生了显著差异表达(265个基因表达上调,280个基因表达下调),这些差异表达基因的功能主要涉及蛋白质合成、能量代谢、细胞周期和过氧化物酶代谢。乙醇胁迫增加了蛋白质错误折叠的情况,降低了核糖体和线粒体的结构完整性,使得甘油培养末期无法得到大量具有健全功能的酵母细胞。在甲醇诱导期,与甲醇代谢、蛋白质加工合成、氨基酸代谢等途径相关的294个基因发生了显著差异表达(171个基因表达上调,123个基因表达下调),导致内质网胁迫不能被及时解除,破坏了细胞内的氨基酸正常代谢。     

整合分析多组学数据筛选疾病靶点的精准医学策略

随着高通量测序技术的不断发展与完善,对于不同层次和类型的生物组学数据的获取及分析方法也日趋成熟与完善。基于单组学数据的疾病研究已经发现了诸多新的疾病相关因子,而整合多组学数据研究疾病靶点的工作方兴未艾。生命体是一个复杂的调控系统,疾病的发生与发展涉及基因变异、表观遗传改变、基因表达异常以及信号通路紊乱等诸多层次的复杂调控机制,利用单一组学数据分析致病因子的局限性愈发显著。通过对多种层次和来源的高通量组学数据的整合分析,系统地研究临床发病机理、确定最佳疾病靶点已经成为精准医学研究的重要发展方向,将为疾病研究提供新的思路,并对疾病的早期诊断、个体化治疗和指导用药等提供新的理论依据。本文详细介绍了基因组、转录组和表观组等系统组学研究在疾病靶点筛选方面出现的新技术手段和研究进展,并对它们之间的整合分析新策略和优势进行了讨论。