转录组测序
通过对某一物种特定组织器官在某一状态下产生的RNA进行高通量测序,来分析特定生物学状态下的基因表达调控机制。广泛应用于疾病机理研究、药物开发、环境响应等领域,帮助解决基因表达差异、功能基因鉴定等问题。
真核转录组(有参/无参)
真核有参转录组测序(RNA-seq)指采用二代测序平台,对某一物种特定组织器官在某一状态下转录的所有mRNA进行测序,既可以提供定量分析,检测基因表达水平差异,又可以提供结构分析,发现未知转录本和稀有转录本,识别可变剪切位点、融合基因、SNP以及Indel位点等。
表达谱测序(有参)
表达谱测序指采用二代测序平台,对某一物种特定组织器官在某一状态下转录的所有mRNA进行测序,研究基因的表达差异并鉴定差异基因功能。
LncRNA测序
长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度超过200 nt、不编码蛋白质的RNA分子,在生物体内广泛存在。lncRNA测序指采用去rRNA链特异性方法进行建库并进行二代测序,从而快速全面地识别并分析具有关键调控作用的lncRNA,探究它们在各种生物学过程中的潜在角色。
small RNA测序
small RNA(sRNA)是一类长度通常在18~30 nt的小型非编码RNA分子,在生物体内起着至关重要的调控作用。small RNA测序是指通过小片段富集筛选建库和二代测序平台对small RNA进行的高通量测序,高效识别和定量样本中的small RNA种类和表达水平,进而分析它们在细胞生理和病理过程中的功能和调控机制。
全转录组测序
全转录组测序指对特定组织器官在某一状态下产生的所有RNA进行高通量测序,包括mRNA、lncRNA、small RNA和circRNA。通过构建lncRNA文库和small RNA文库测序,实现4种RNA的单独分析和ceRNA联合分析,通过各类RNA的深层次剖析,挖掘各种RNA在基因表达中的复杂调控网络,有助于全面解读生物学调控现象。
全长转录组(有参/无参)
全长转录组测序(Iso-seq)指利用三代长读长测序平台,无需打断和拼接,直接获取包含5’UTR,3’UTR及Poly A尾的完整转录本,克服无参考基因组物种转录本拼接较短、信息不完整的难题,实现有参考基因组物种可变剪切及融合基因等结构变异研究。
应用方向
【医学领域】
- 胚胎发育调控:通过分析不同发育阶段的胚胎样本,揭示基因表达模式的时空变化,了解胚胎发育过程中的关键调控事件;
- 疾病生物标志物发现:通过比较健康人群与患者之间的转录组差异,识别潜在的疾病相关基因和非编码RNA,为疾病的早期诊断和预后评估提供分子标志物;
- 疾病发生机制:分析疾病过程中基因表达的动态变化,揭示疾病发生的分子途径和调控网络,深入理解疾病的发生发展机制;
- 免疫应答机制:研究机体在感染、疫苗接种等情况下的免疫应答过程,揭示免疫细胞的激活、分化和效应机制,为疫苗设计和免疫治疗提供理论基础;
【农学领域】
- 生长发育调控:探究不同生长阶段的基因表达模式,识别调控生长发育的关键基因和信号通路;
- 环境适应性:探究在不同环境胁迫(如干旱、盐碱、低温等)下的基因表达变化,阐明环境适应性和抗逆性的分子机理;
- 病虫害抗性机制:分析植物在遭受病原菌侵染或害虫攻击时的转录组动态,鉴定抗病虫害的关键基因及其调控网络,为培育抗病虫害新品种提供理论依据;
- 品质性状形成和改良:研究影响作物产量、品质等重要性状的基因表达调控网络,为作物遗传改良提供分子依据;
案例解析
标准品(上)和九种肿瘤样本(下)的融合转录组检出情况
Iso-Seq揭示长读长测序在癌症融合基因检测中的优势
基因融合是多种成人和儿科癌症的癌症驱动因素。全长转录组测序在检测融合基因方面具有独特的优势,这对于癌症研究尤为重要。研究选取含16种融合转录本的标准品和9种癌细胞系(三种乳腺癌、前列腺癌、慢性骨髓性白血病、两种细胞淋巴瘤、小细胞肺癌、和尿路上皮膀胱癌)样本,分别进行PacBio 串联全长转录组和Illumina二代转录组。在标准品的检测中,16个融合转录本在PacBio串联Iso-Seq 的三个重复中均被检测到,但在基于 Illumina 测序的三次重复中,并非所有融合转录本都被检测到。在九种真实肿瘤样本的检测中,使用PacBio 串联Iso-Seq技术对每个细胞系进行检测,通过至少两种长读长融合转录本检测工具,共鉴定出133个融合转录本。相比之下,使用Illumina 技术只能识别到这些133个融合转录本中的79个。该研究凸显了长读长测序技术在捕捉复杂融合事件方面的显著优势。
参考文献:Qin Q, Popic V, Yu H, et al. CTAT-LR-fusion: accurate fusion transcript identification from long and short read isoform sequencing at bulk or single cell resolution. bioRxiv, 2024.