转录组研究新技术:RNA-Seq及其应用

转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的集合。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构,揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。RNA-Seq作为一种新的高效、快捷的转录组研究手段正在改变着人们对转录组的认识。RNA-Seq利用高通量测序技术对组织或细胞中所有RNA反转录而成的cDNA文库进行测序,通过统计相关读段(reads)数计算出不同RNA的表达量,发现新的转录本;如果有基因组参考序列,可以把转录本映射回基因组,确定转录本位置、剪切情况等更为全面的遗传信息,已广泛应用于生物学研究、医学研究、临床研究和药物研发等。文章主要介绍了RNA-Seq原理、技术特点及其应用,并就RNA-Seq技术面临的挑战和未来发展前景进行了讨论,为今后该技术的研究与应用提供参考。     

RNA-Seq高通量测序技术在果树功能基因组学研究的应用进展

RNA-Seq又称为"转录组测序技术",它能够从整体水平研究物种基因功能以及基因结构,揭示特定生物学过程。应用该项技术能有效地解决因果树基因组庞大等问题,有效地揭示和阐明植物体内次生代谢生物合成途径及代谢机制。主要论述了RNA-Seq技术的应用方法与流程,通过对测序数据的处理分析与比对等方法,分析了RNA-Seq技术在果树新基因挖掘、次生代谢产物合成途径的应用进展,基于RNA-Seq的高通量测序技术对于发现和揭示具有重要生物学功能和经济价值的次生代谢产物合成关键基因及其调控机制提供了可能。     

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.     

基于RNA-Seq高通量测序技术的牦牛卵巢转录组研究:进一步完善牦牛基因结构及挖掘与繁殖相关新基因

RNA-Seq作为近年来新发展起来的高通量转录组测序技术,为大规模转录组学研究提供了一种全新的且更为有效的方法.目前该技术已广泛应用于转录组学中多方面的研究,尤其近年来,该技术在进一步完善基因结构信息及挖掘新转录本及新基因方面的功能也逐渐受到关注.本研究以牦牛卵巢组织作为研究对象,应用RNA-Seq技术对其进行高通量转录组测序分析,经测序后得到了一个包含26826516条过滤后测序读数,4828772880 bp的卵巢测序文库,比对分析显示,有16992条牦牛基因发生表达,其中3734条基因存在不同类型的可变剪接.功能分析表明,这些表达基因涉及多种GO分类及KEGG通路.进一步分析转录组数据发现,共有7340个基因的5′或3′端在原有基因组的位置基础上发生了延伸,同时还发现了6321个新转录本,定位回基因组预测显示,外显子数量为1~84个,其中2267个新转录本预测具有编码蛋白的能力.比对分析显示,共有1200~4993条新转录本分别与Nt数据库、Nr数据库及SwissProt数据库中的基因比对上,其中与牛相似性基因最多(41.4%),其次为野牦牛(33.0%)、绵羊(6.3%)、人类(2.8%)及小鼠(1.6%)等其他物种.进一步对新转录本进行GO分类注释,结果显示,与繁殖发育相关的GO分类占有较大比例,其中繁殖类别(reproduction)所涉及的新转录本最多.本研究结果为描绘牦牛卵巢正常转录组图谱及进一步探析牦牛繁殖性能提供了基础,同时证实RNA-Seq高通量转录组技术在完善基因结构及挖掘新转录本及新基因方面的具有强大的优势,为进一步完善牦牛基因组结构信息及挖掘潜在的新基因提供了丰富数据.     

单细胞转录组高通量测序分析新进展

细胞异质性是生物组织的普遍特征。常规转录组测序(RNA-Seq)技术需要上万个细胞,所测结果实际上是一群细胞基因表达的平均值,所以难以鉴别细胞之间基因表达的异质性。单细胞RNA-Seq技术的分辨率精确至单个细胞,为辨别异质性群体中各种细胞类型的转录组特征提供了有力的工具。近年来单细胞RNA-Seq技术发展迅速,在方法学上包括cDNA扩增方法的多样化、对灵敏度和技术噪声的定量分析、浅覆盖高通量单细胞RNA-Seq方法和原位RNA-Seq技术等;在技术应用方面应用范围从早期胚胎发育扩大到组织器官发育、免疫和肿瘤等多个领域。文章对单细胞RNA-Seq在方法学和技术应用两方面的研究进展进行了详细阐述。     

基于RNA-Seq的长非编码RNA预测

随着新一代生物技术和生物信息学的发展,研究发现,在真核生物转录组中存在大量长非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA),而这些lncRNA可能在基因表达调控过程中起到关键性的功能作用.当前lncRNA研究主要采用高通量RNA-Seq测序技术,并通过生物信息学方法对测序数据进行处理和分析,以挖掘其中lncRNA的序列、结构、表达及功能等信息.本文将对基于RNA-Seq的lncRNA预测流程进行介绍,对其中涉及的生物信息学方法进行较为全面的综述,就相关问题和挑战展开讨论,并对研究进行展望.     

高通量测序技术及其应用

高通量测序技术是DNA测序发展历程的一个里程碑,它为现代生命科学研究提供了前所未有的机遇。详细介绍了以454、Solexa和SOLiD为代表的第二代高通量测序技术,以HeliScope TIRM和Pacific Biosciences SMRT为代表的单分子测序技术,以及最近Life Science公司推出的Ion Personal Genome Machine (PGM)测序技术等高通量测序技术的最新进展。在此基础上,阐述了高通量测序技术在基因组测序、转录组测序、基因表达调控、转录因子结合位点的检测以及甲基化等研究领域的应用。最后,讨论了高通量测序技术在成本和后续数据分析等方面存在的问题及其未来的发展前景。     

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。     

RNA-Seq本地分析平台的构建

目的:构建一个本地化的RNA-Seq数据处理分析平台,为RNA-Seq研究人员提供数据分析平台。方法:在调研现有的RNA-Seq数据分析研究成果的基础上,构建一套本地化的RNA-Seq分析平台,平台首先将测序数据中的低质量数据进行过滤,然后使用Top Hat将过滤后的数据与参考基因组数据进行比对,利用比对结果进行可变剪切分析、基因差异表达分析等,最后通过R语言工具包对分析结果进行可视化绘图。结果:通过对2组小鼠的RNA-Seq测序数据进行分析,构建的分析平台能够较好地过滤低质量测序数据,并且分析出2组数据间的差异表达基因,同时还可以图形化表示这些差异表达基因。结论:分析平台能够实现对RNA-Seq测序数据的质量控制、差异表达分析及分析结果的可视化。