真核基因可变剪接研究现状与展望

mRNA前体(pre-mRNA)的可变剪接是控制基因表达和产生蛋白质多样性的重要机制,是功能基因组时代的研究重点之一。生物信息学在识别可变剪接基因及其结构、分析可变剪接的功能和调控方式等方面具有重要作用。除了耗时的实验研究,识别可变剪接基因及其结构主要通过EST、mRNA等转录数据与基因组序列进行比对,获得同一基因的不同结构方式。分析蛋白质产物可对可变剪接的功能进行预测;潜在调控元件的统计分析则可为可变剪接调控机制的研究提供必要的数据。转录数据的时空信息以及比较基因组学对理解可变剪接信息的精确调控将提供重要资料。可变剪接及其调控机制的深入研究将为基因组和蛋白质组之间的对接提供重要的桥梁。     

癌症与可变剪接

可变剪接在发育、分化和癌症等过程中发挥着非常重要的作用。近年来,越来越多的研究表明可变剪接与癌症有着密切的关系,许多癌症相关基因受可变剪接调控。由于癌症特异性的剪接变体具有明显的诊断价值,使得对癌症与可变剪接的研究成为热点。简要概述了癌症相关基因的可变剪接、可变剪接变体的鉴定方法、可变剪接与癌症治疗等研究进展。     

黑腹果蝇头部响应高盐摄入的基因可变剪接分析

高盐摄入不仅会带来高血压、糖尿病、自身免疫病等风险,而且会对大脑产生负面影响。可变剪接(Alternative Splicing,AS)作为基因表达调控的重要方式,其导致单个基因编码多种蛋白质,大大增加基因组编码的蛋白质的多样性,参与几乎所有的生物学过程。但是,关于高盐摄入是否改变神经系统中基因的可变剪接事件目前还未报道。本文以黑腹果蝇作为材料,利用RNA测序分析其头部响应高盐摄入的基因可变剪接变化。结果发现高盐摄入改变黑腹果蝇头部信号转导、离子稳态、离子通道活性、离子转运和钙调蛋白结合等重要信号相关基因的可变剪接。进一步分析具体发生变化的基因的功能,发现它们在多个层面对神经系统功能的调控起着重要的作用。该研究证明高盐摄入改变神经系统重要基因的可变剪接,为理解高盐摄入对神经系统的影响提供更多的依据和线索。     

哺乳动物细胞mRNA剪接调控的分子机制

mRNA的可变剪接是指一个单一的mRNA前体(pre-mRNA)经过不同的剪接加工方式生成多种mRNA变异体(variants)的过程,这些变异体最终可以编码合成具有不同结构和功能的蛋白质。在过去的10多年中,大量数据表明,可变剪接是增加转录组和蛋白质组多样性的重要资源,也是调控哺乳动物细胞基因表达的重要步骤。可变剪接具有高度的组织与发育阶段特异性,并受到外界信号的控制。剪接调控的紊乱与疾病的发生发展密切相关。该文将对哺乳动物细胞mRNA剪接调控的分子机制进行阐述。     

可变剪接的生物信息数据分析综述

前体mRNA的可变剪接是扩大真核生物蛋白质组多样性的重要基因调控机制。可变剪接的错误调节可以引起多种人类疾病。由于高通量技术的发展,生物信息学成为可变剪接研究的主要手段。本文总结了可变剪接在生物信息学领域的研究方法,同时也分析并预测了可变剪接的发展方向。     

拟南芥不同组织基因表达及可变剪接差异分析

可变剪接是转录后重要的基因表达调控方式,也是转录组和蛋白质组多样性的重要来源. 近年来随着拟南芥、水稻、玉米等植物转录组测序的完成,研究人员发现植物pre-mRNA可变剪接的发生与组织分化、发育等生物学过程密切相关. 本工作基于GEO数据库的RNA-seq数据,使用高通量测序数据分析常用的Trimmomatic、Salmon、DESeq2、SUPPA2等工具,识别了拟南芥的种子、根、叶、花、花梗、节间、长角果共7种组织的表达基因和可变剪接事件,以及7种组织间的差异表达基因和差异可变剪接事件,并以叶和花为例展示了相应的生物学功能分析. 该工作系统地研究了拟南芥基因表达和可变剪接发生的组织特异性,有助于进一步阐明植物基因组的基因表达调控机制.     

可变剪接在神经发育过程中对生物学功能的影响

可变剪接(alternative splicing)发生在前体m RNA向成熟m RNA的转换过程中,是转录后表达调控和产生蛋白质多样性的重要机制。可变剪接在真核生物中普遍存在,神经系统发育作为一个极其复杂且严密的过程,可变剪接对它的影响更明显。近年来,一些参与神经发育的可变剪接事件已经得到一定程度的验证,可以得知它的发生影响了突触生长、突触传递和神经干细胞的形成等生物学功能。同时,当可变剪接的模式发生改变时往往也会造成神经系统的功能异常。因此,本文就可变剪接的机制进行了简短的介绍,探索其在神经发育及神经疾病中的作用,并简单总结了相关数据库。     

基于深度卷积神经网络识别可变剪接位点

可变剪接源于多外显子基因生成多个转录本的调控过程。随着高通量测序,尤其是RNA-seq的研究进展,剪接序列和剪接位点可以通过挖掘海量的测序数据进行预测。可变剪接现象拓宽了人们对基因结构和蛋白质亚型的知识。然而现有的短序列比对软件受到随机性比对的影响,产生很多假阳性剪接位点,干扰下游数据分析。本研究发现,可变剪接位点周边序列的结构特征可被深度学习模型提取,并利用深度卷积神经网络识别剪接位点。本研究的模型具有识别率高、计算速度快,模型泛化能力强、鲁棒性高等优势。     

基于RNA-seq测序数据鉴定和分析猪基因组可变剪接事件

可变剪接作为一种增加基因组和蛋白质组多样性的重要机制,广泛发生于真核生物基因转录的过程中.本文采用Illumina Hiseq 2500测序平台对猪睾丸组织4个不同发育时期(60胚龄、90胚龄、30日龄和180日龄)进行转录组测序,以猪基因组数据为参考,鉴定和分析了猪基因组可变剪接事件.从猪基因组中鉴定出20398个基因(80.6%)对应的92738个可变剪接事件.在不同的可变剪接类型中,以第一个外显子可变剪切(alternative 5′first exon,TSS)、最后一个外显子可变剪切(alternative 3′last exon,TTS)、单外显子跳跃(skipped exon,SKIP)和可变5′或3′端剪切(alternative exon ends,AE)4种类型为主,分别占所有可变剪接事件的41.0%,32.9%,7.6%和7.4%.GO功能富集分析显示,发生可变剪接的基因主要富集于物质合成、物质结合及酶活性相关的GO项中,而各发育时期特异的可变剪接基因与发育时期的生理状态密切相关,60胚龄时主要与酶活性和组织形成相关,30日龄时主要与抗环境应激和离子通道活性相关,180日龄时则主要与循环系统相关.此外,在筛选出64个与睾丸素代谢相关的基因中,63个基因发生可变剪接,且以TSS和TTS为主,表明这两种可变剪接类型与睾丸素合成和分泌密切相关.通过对猪基因组可变剪接的分析,为深入研究可变剪接生物学功能及进一步开展分子育种工作提供理论依据.     

基于RNA-Seq数据识别果蝇剪接位点和可变剪接事件

完整基因结构的预测是当前生命科学研究的一个重要基础课题,其中一个关键环节是剪接位点和各种可变剪接事件的精确识别.基于转录组测序（RNA-seq）数据,识别剪接位点和可变剪接事件是近几年随着新一代测序技术发展起来的新技术策略和方法.本工作基于黑腹果蝇睾丸RNA-seq数据,使用TopHat软件成功识别出39718个果蝇剪接位点,其中有10584个新剪接位点.同时,基于剪接位点的不同组合,针对各类型可变剪接特征开发出计算识别算法,成功识别了8477个可变剪接事件（其中新识别的可变剪接事件3922个）,包括可变供体位点、可变受体位点、内含子保留和外显子缺失4种类型.RT-PCR实验验证了2个果蝇基因上新识别的可变剪接事件,发现了全新的剪接异构体.进一步表明,RNA-seq数据可有效应用于识别剪接位点和可变剪接事件,为深入揭示剪接机制及可变剪接生物学功能提供新思路和新手段.     

嗜热四膜虫可变剪接基因鉴定及功能分析

可变剪接是产生蛋白质组多样性和调节基因表达的重要机制,相关研究在高等真核生物中开展较多,而在单细胞真核生物中则较少,尤其是单细胞原生动物纤毛虫中,仅有少量报道。本文基于单细胞模式原生动物嗜热四膜虫种大量转录组数据,对其可变剪接基因进行了鉴定及分析。在嗜热四膜虫中共鉴定到2 894个可变剪接位点,涉及到2 698个可变剪接基因,可分为四类。考虑到转录本拼接的准确性,选择了其中464个与基因组预测模型完全一致的可变剪接基因进行深入分析,其中生长(growth)时期、饥饿(starvation)时期、接合生殖(conjugation)时期特异性的可变剪接基因分别为49个、79个和135个。对可变剪接基因的功能进行分析表明其涉及的功能广泛且显著富集于蛋白激酶过程,提示可变剪接基因在嗜热四膜虫蛋白磷酸化和信号传导中具有重要作用。     

组学时代的可变剪接研究进展

可变剪接是造成生物体内转录组和蛋白质组多样性和复杂性的重要机制.自20世纪80年代间被首次报道以来,人们逐渐意识到生物体内的可变剪接现象广泛存在,其能够调节增殖、分化、发育、凋亡等一系列重要的生物学进程,且机体对其调控有着高度的精密性和统一性.近年来,随着高通量测序技术及生物信息学方法的飞速发展和完善,可变剪接研究领域取得了一系列新的成就,人们对可变剪接的认识也在不断加深,从最初对单一可变剪接事件的研究逐步深入到组学层面的分析:高通量组学数据的不断产出、整合,使得大规模、系统性可变剪接亚型功能的研究成为可能;在更为宏观的领域,组织、器官、物种或生理病理状态下特异性的剪接模式也逐渐为人们所知晓;同时,借助组学手段,剪接层面的临床治疗策略也开始崭露头角,并且有着传统分子治疗无可比拟的优越性.本文从组学的角度出发,回顾了近年来可变剪接领域取得的最新进展,并对其未来在基础及应用领域的发展方向做了初步的展望.     

绵羊不同发育阶段背最长肌组织中可变剪接的鉴定与分析

可变剪接(Alternative splicing,AS)是动植物体内蛋白质多样性和遗传多样性的重要调控机制。为鉴定和分析绵羊不同发育阶段背最长肌组织中可变剪接,对多浪绵羊妊娠90日龄胎儿(F90)、出生后30日龄羔羊(L30)和成年3岁羊(A3Y)的背最长肌组织进行转录组测序,利用rMATS软件鉴定样品中的可变剪接事件和差异剪接基因(Differential splicing gene,DSG),并对DSG进行GO和KEGG功能富集分析。结果表明,绵羊背最长肌组织在F90、L30和A3Y时期分别鉴定出13 923、11 959和12 164个可变剪接事件,其中外显子跳跃(Skipped exons,SE)的比例最高,约为70.69%,5'端可变剪接位点(Alternative 5'splice sites,A5SS)、3'端可变剪接位点(Alternative 3'splice sites,A3SS)、互斥外显子(Mutually exclusive exons,MXE)和内含子保留(Retained introns,RI)的比例分别约为7.28%、11.18%、5.96%和4.84%。在F90_vs_L30、F90_vs_A3Y和L30_vs_A3Y比较组中分别鉴定到2 545、2 689和1 701个显著的差异剪接基因(P0.05)。GO和KEGG功能富集分析显示,差异剪接基因显著富集到横纹肌发育、肌肉结构发育、肌细胞分化、肌膜、胰岛素信号通路、Wnt信号通路、MAPK信号通路等与肌肉发育密切相关的通路上。上述结果表明可变剪接在背最长肌发育中发挥重要作用。     

可变剪接调控因子SRSF2的研究进展

RNA剪接是指从mRNA前体中去除内含子、连接外显子形成成熟mRNA的过程。由于选择不同的剪接位点,可变剪接控制着从单一前体mRNA生成多种成熟mRNA的过程,因此是真核生物中转录后调控基因表达和决定蛋白质多样性的重要层次。SR蛋白家族是参与调控可变剪接的一类重要的剪接因子。SRSF2是SR蛋白家族的一员,具有经典的SR蛋白结构域。SRSF2不仅能够调控可变剪接,还能调控基因的转录过程,在维持胸腺、骨髓等造血系统的正常发育以及维持肝脏代谢稳态中是非常关键的调控因子。大量的研究表明:SRSF2的突变与骨髓增生异常综合征等造血系统疾病密切相关。本文总结了SRSF2最近的研究进展,以期对SRSF2在体内的功能有更全面和深入的理解,并为相关疾病的研究和治疗提供一定的思路。     

人类基因组中可变和组成性剪接位点的预测

根据剪接位点的核酸序列保守特征,以及邻近位点的碱基组成和关联特性,结合一对可变剪接位点之间的距离参数和受体端剪接位点前30位碱基的GC和TC含量,利用结合多样性指标的二次判别方法（IDQD）,预测了人类基因组中可变和组成性内含子的供体端和受体端的剪接位点,对可变的供体端和受体端剪接位点,阈值ξ选择－2时,总的预测精度分别为87．9％和89．9％,对组成性的供体端和受体端剪接位点,阈值ξ选择－1,总的预测精度分别为92．8％和94.3％．     

半定量RT-PCR检测跳跃型可变剪接外显子保留率的方法

可变剪接是基因表达调控和蛋白质多样性和复杂性的重要调节机制。多发性神经纤维瘤Ⅰ型(NF1)基因的外显子23a发生外显子跳跃型可变剪接会产生两种功能差异较大的蛋白质异构体。发展一种灵敏、简捷及特异性高的外显子保留率检测方法是研究外显子跳跃型可变剪接机制过程中最基本的实验手段。本研究分别提取了大鼠肺组织及转染含有NF1外显子23a重组质粒的He La细胞的总RNA,以荧光分子Cy3标记PCR引物,采用19个循环的半定量RT-PCR的方法检测外显子23a可变剪接的保留率。实验结果显示,半定量RT-PCR可以灵敏简捷地检测NF1外显子23a可变剪接的模式,利用Cy3荧光标记的信号值计算大鼠肺组织中外显子23a的剪接保留率为(62.38±2.80)%,转染的HeLa细胞中为(75.51±2.25)%。该工作结合荧光标记和半定量RT-PCR的实验方法,为NF1等多外显子基因可变剪接外显子保留率的检测提供了有效的实验方法,有助于可变剪接调控机理的进一步研究。     

基于加权网络的卵巢癌可变剪接预后特征分析

可变剪接作为转录调节的调控机制,对肿瘤的治疗和预后具有重要意义。本文对卵巢癌预后相关的可变剪接事件进行了系统分析,以挖掘可变剪接在卵巢癌中的预后价值。首先,从TCGASpliceSeq数据库中下载卵巢癌患者数据,运用单因素Cox回归分析筛选得到290个与预后相关的剪接事件(prognostic-associated alternative splicing events, PASEs);其次,融合PASEs对应基因的蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)数据构建卵巢癌预后加权网络,同时对网络进行拓扑分析,对PASEs对应基因进行功能富集分析;最后,根据网络中节点的度选出前20个可变剪接事件作为预后特征,利用Cox比例风险模型建立卵巢癌预后预测模型。结果显示,这些可变剪接事件作为预后特征可以较好地预测卵巢癌患者的预后情况,可作为潜在的卵巢癌预后生物标志物。     

可变剪接与疾病的生物信息学研究概况

可变剪接是真核基因转录后期的重要调控机制,它使得同一条蛋白质编码基因能够产生多种转录体,极大的扩展了遗传信息的应用.研究发现,可变剪接与人类疾病有着密切的联系.错误的剪接会导致疾病,增加疾病的易感性与病变程度,甚至直接导致癌变.现对可变剪接调控机制与疾病的生物信息学研究进展进行综述.     

中华猕猴桃基因组可变剪接事件鉴定及分析

可变剪接使一个基因能产生多种m RNA成熟体,极大地增加蛋白多样性.采用中华猕猴桃基因组数据做参考数据,利用中华猕猴桃叶片和果实3个不同发育时期(未成熟、半成熟和成熟期)的转录组数据,从中华猕猴桃基因组(39040个基因)中共鉴定出11651个基因(占总基因数的29%)对应的32180个可变剪接事件.在可变剪接不同类型中,内含子保留类型的发生频率最高,占50%以上;3′可变位点类型频率约为5′端可变类型的2倍.GO富集分析结果表明,可变剪接的基因主要富集于酶调控及核苷酸结合相关功能的GO类别中,而组织特有可变剪接基因功能富集热点与组织的重要功能关联,叶片多为肌动蛋白及微管相关;未成熟果实与双组分信号系统相关;半成熟果实多与磷脂合成过程相关;成熟果实多与信号传递过程相关.另外,55.6%的维生素合成相关基因发生可变剪接事件,显著高于基因组水平的29.6%,暗示着可变剪接参与维生素合成相关基因代谢过程中的重要作用.通过对中华猕猴桃全基因组可变剪接的分析,为解析中华猕猴桃基因组及进一步开展相关分子育种工作提供依据.     

Srsf1敲低对GT1-7细胞基因表达谱的影响

目的:本研究通过RNA-seq技术分析Srsf1基因表达敲低的GT1-7细胞(knock down, KD)和野生型GT1-7细胞(wide type,WT)的表达谱和可变剪接事件,研究Srsf1敲低对GT1-7细胞基因表达谱的影响。方法:利用实验室现有的Srsf1基因表达敲低的GT1-7细胞(SRSF1-KD)和野生型GT1-7细胞分别抽提RNA,做RNA-seq数据分析,利用r MATS软件分析两株细胞内可变剪接事件的变化,确定Srsf1调控的下游关键基因。结果:结果显示共有875个基因表达存在显著性差异,对这些基因进行KEGG通路分析,发现γ-氨基丁酸能突触、PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路等与性发育相关的通路均受到影响。此外,P53通路也受到Srsf1敲低的影响。利用r MATS软件进行可变剪接事件分析,显示共发生839个可变剪接事件,涉及719个基因,进行KEGG通路分析发现与性发育相关的MAPK信号通路受到影响。结论:成功检测了GT1-7细胞和Srsf1基因敲低的GT1-7细胞表达谱,通过分析基因表达差异以及可变剪接事件,证明了Srsf1对于PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路、γ-氨基丁酸能突触信号通路、p53通路的调控作用,并且这些信号通路提示我们Srsf1可能更多的通过非可变剪接方式影响性发育相关基因的表达,而非可变剪接方式,从而为更深入的性发育研究提供了理论基础。