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。     

Comparative systems biology between human and animal models based on next-generation sequencing methods

Animal models provide myriad benefits to both experimental and clinical research. Unfortunately, in many situations, they fall short of expected results or provide contradictory results. In part, this can be the result of traditional molecular biological approaches that are relatively inefficient in elucidating underlying molecular mechanism. To improve the efficacy of animal models, a technological breakthrough is required. The growing availability and application of the high-throughput methods make systematic comparisons between human and animal models easier to perform. In the present study, we introduce the concept of the comparative systems biology, which we define as "comparisons of biological systems in different states or species used to achieve an integrated understanding of life forms with all their characteristic complexity of interactions at multiple levels". Furthermore, we discuss the applications of RNA-seq and ChIP-seq technologies to comparative systems biology between human and animal models and assess the potential applications for this approach in the future studies.     

高通量测序技术及其在微生物学研究中的应用

20世纪70年代发明的核酸测序技术为基因组学及其相关学科的发展做出了巨大贡献,本世纪初发展的以Illumina公司的HiSeq 2000,ABI公司的SOLID,和Roche公司的454技术为代表的高通量测序技术又为基因组学的发展注入了新活力.本文在阐述这些技术的基础上,着重讨论了新一代测序技术在微生物领域中的应用.     

高通量转录组测序技术及其在鳞翅目昆虫上的应用

转录组是指组织或者细胞在某一特定状态下转录出来的所有RNA的集合。高通量第2代测序技术使转录组学的研究模式发生了巨大的改变,所衍生出的转录组测序迅速成为研究非模式生物的先进技术。转录组测序能够在整体水平上探究细胞内基因表达的种类和数量,揭示在特定条件下机体生理生化发生过程以及其中的分子机理。本文简要阐述了转录组测序技术的基本概念、技术流程与原理,详细介绍了转录组测序在解决鳞翅目昆虫的分类、毒理、发育、与寄主互作以及非编码RNA调控等问题上做出的贡献,并对该技术现存的困难进行了系统的阐述并对其未来的发展趋势作出了简要的预测与剖析。     

新一代测序技术在植物转录组研究中的应用

随着DNA测序技术的发展,新一代测序技术以其高通量、低成本的特点,成为越来越多的生物学研究者在开展工作时的首选。在所有的新一代测序技术中,454测序系统是最早实现商业化且发展相对成熟的一种,目前被广泛的应用于各个领域的生物学研究中。文章以454测序系统为例,综述了新一代测序系统的原理、优缺点,及其在植物转录组研究中的应用,并对其在植物研究领域中可能的发展应用方向进行了展望。     

单分子实时测序技术的原理与应用

单分子DNA测序技术是近10年发展起来的新一代测序技术,也称为第三代测序技术,包括单分子实时测序、真正单分子测序、单分子纳米孔测序等技术。文章介绍了单分子实时(Single-molecule real-time,SMRT)测序技术的基本原理、性能以及应用。与Sanger测序法和下一代测序技术相比,SMRT测序具有超长读长、测序周期短、无需模板扩增和直接检测表观修饰位点等特点,为研究人员提供了新选择。同时,SMRT测序的低准确率备受争议(约85%),其中约93%的错误是插入缺失,因此,其数据应用于基因组组装前需先对数据进行纠错处理。目前,SMRT测序在小型基因组从头测序和完整组装中已有良好应用,并且已经或将在表观遗传学、转录组学、大型基因组组装等领域发挥其优势,促进基因组学的研究。     

第三代测序技术的主要特点及其在病毒基因组研究中的应用

随着基因测序技术的创新和应用,新的高通量测序技术不断涌现,以Pacific Biosciences(PacBio)公司的单分子实时测序(single molecule real time sequencing)为代表的第三代测序(third generation sequencing,TGS)技术开始逐渐应用于基因组研究,包括大型基因组拼装、基因结构变异和表观遗传研究等方面。本文主要对TGS技术的原理、特点和应用,特别是在病毒研究中的应用进行介绍,并与第二代测序(next generation sequencing,NGS)技术进行比较,为基因组测序技术的选择及其临床应用提供一定参考。     

第二代测序技术用于水稻和稻瘟菌互作早期转录组的分析

稻瘟菌为了实现对水稻的有效侵染,在侵染水稻时可能通过表达和转运一定数量的效应蛋白进入到水稻细胞,抑制和干扰水稻的先天免疫机制。文章利用Solexa第二代测序技术,通过开展水稻和稻瘟菌互作早期转录组的测定和分析,克隆和鉴定在互作早期表达的稻瘟菌效应蛋白基因。利用序列同源比对,我们从总计约12.5 M条序列标签中,分离和鉴定了338 942条来源于稻瘟菌的序列,并最终定位到779个稻瘟菌预测基因。其中108个基因很可能参与了水稻和稻瘟菌互作过程,42个基因为预测的分泌蛋白基因。通过RT-PCR分析,最终确认了42个预测分泌蛋白基因中有12个基因在侵染水稻早期有显著的表达,而其中有4个基因表现为侵染早期特异表达。文章尝试利用第二代测序技术实现稻瘟菌侵染早期特异表达基因,尤其是分泌蛋白基因的快速克隆和鉴定,为稻瘟菌效应蛋白基因的克隆和功能鉴定提供了较为有意义的探索。     

单分子纳米孔测序技术及其应用研究进展

测序技术在通量和成本方面有了较大的改进,以单分子纳米孔测序技术为代表的第三代测序技术更是以其超长读长、实时检测和可以直接检测碱基甲基化修饰等优势在医学及生命科学等领域作出了较大贡献。文中就单分子纳米孔测序技术的原理进行了简要描述,并对其在临床、动物、植物、细菌及病毒等领域的应用和其未来的发展方向进行了讨论。     

第三代测序技术的研究进展与临床应用

Sanger测序法,又称第一代测序技术,作为测序金标准推动了人类基因组“工作框架图”的绘制,但通量低、成本高的缺点限制了其进一步大规模应用。第二代测序技术,又称下一代测序技术,因其通量高、成本低等优点使得基因测序在基础研究与临床诊疗中得到广泛应用,但短读长一直是其不可回避的技术短板。第三代测序技术的出现,因其具有长读长优势,为基因序列上复杂重复区域解析与高质量基因组组装提供了新的技术手段。近年来,第三代测序技术进一步发展与完善,同时在肿瘤、免疫、生殖等相关领域逐步体现出临床应用价值。本文将综述第三代测序技术的研究进展与临床应用。     

宏基因组学二代测序技术在感染性呼吸系统疾病病原体诊断中的应用进展

呼吸系统感染发病率高,早期明确感染的病原体是提高治愈率、降低死亡率的关键.目前病原体培养仍是临床病原学诊断的主要方式,但其敏感性低、耗时较长,不利于早期诊断和治疗.宏基因组学测序技术具有覆盖病原体广泛、快速、无偏倚、无需特异性扩增的优势,在鉴定罕见、混合感染、免疫抑制患者感染和常规检测方法难以检测到病原体的诊断中有较高...     

高通量测序技术在阴道感染性疾病的病原鉴定及诊断中的应用

阴道感染性疾病是育龄妇女最常见的妇科疾病,其主要的类型有细菌性阴道病和外阴阴道假丝酵母菌病。目前的临床诊断主要包括病原体的显微镜观察以及病原体代谢物的检测等,但因其诊断阳性率低、敏感性低等限制,导致抗感染药物选择困难、治愈率低、复发率高等。本综述在比较阴道感染性疾病,特别是细菌性阴道病以及外阴阴道假丝酵母菌病临床常见诊断方法的基础上,介绍了高通量测序技术在细菌性阴道病和外阴阴道假丝酵母菌病的病原体鉴定及诊断中的应用,以期为阴道感染性疾病的诊断、治疗及愈后提供实验依据。