動植物轉錄組學研究

【資料簡介】

研究目的

轉錄組是指在一個生物體中所有基因表達后產(chǎn)物的總和，是功能基因組研究的一個重要功能指標?；谛乱淮鷾y序的動植物轉錄組學研究可以在RNA水平研究動植物性狀、組織特異性的生理學過程，了解動植物的發(fā)育過程中的分子機制以及對外界環(huán)境的適應和進化的機制，并為動植物疾病預防或遺傳育種的分子標記開發(fā)提供理論依據(jù)。

研究對象

動植物不同發(fā)育階段、不同物種或相同物種的不同組織器官、不同外界環(huán)境刺激或不同生理狀況的動植物的轉錄組差異檢測與分析。

 

 

新一代測序方案
lncRNA-seq（ 長非編碼RNA 測序）

長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是一類不編碼蛋白的RNA分子，長度在200nt以上，起初被認為是RNA聚合酶II轉錄的副產(chǎn)物，不具有生物學功能。zui近幾年的研究表明lncRNA具有保守的二級結構，可以與蛋白質、DNA和RNA相互作用，參與多種生物學過程的調控，如染色質修飾、轉錄激活和抑制、轉錄后調控以及作為miRNA的誘導分子干擾基因的表達等， 因此lncRNA是一片非常廣闊的未知領域，具有*的研究價值和意義。通過rRNA去除的方法，富集lncRNA和mRNA建庫測序，可分析lncRNA和mRNA的表達情況，并發(fā)現(xiàn)大量新lncRNA及mRNA。
*數(shù)據(jù)量：10G
polyA-seq （mRNA測序）

通過polyA尾抓取mRNA建庫測序，檢測mRNA的差異表達或結構變異，篩選與疾病或性狀相關的分子標記。轉錄組測序可揭示轉錄組的復雜性，確定基因以及轉錄本結構、可變剪接、RNA編輯、帶polyA尾的非編碼RNA和新轉錄本。
*數(shù)據(jù)量：5G
基因表達譜測序(升級版DGE)

采用轉錄組測序（RNA-seq）建庫，直接對某一物種或特定細胞在特定功能狀態(tài)下產(chǎn)生的mRNA進行高通量測序的方法，已被廣泛應用于基礎科學研究、疾病機理、生物標記和藥物研發(fā)等領域。相對而言DGE更適合用于比較基因表達，無偏性，對于細胞生物的轉錄表達譜更為敏感和準確。RNA-seq和DGE兩種方法結合，對于無參考基因組或基因組較大且復雜的物種，可以有效地發(fā)掘新的功能基因。
*數(shù)據(jù)量：10M reads
Small RNA-seq （小RNA測序）

Small RNA是生物體內一類重要的非編碼小分子RNA，長度20-30個核苷酸，主要包含miRNA、 piRNA、siRNA、snoRNA等RNA分子。Small RNA參與基因表達與調控、RNA的加工與剪切、蛋白質翻譯、遺傳“入侵”抑制、配子發(fā)生等生物學過程。

微小RNA(microRNA, 簡稱miRNA)，是small RNA中的主要成分, 在進化上高度保守, 可通過識別靶mRNA 實現(xiàn)

轉錄后的基因調控。piRNA(PIWI-interacting RNA)是一類新型的非編碼小分子RNA，與PIWI蛋白相互作用，長度約26～32個核苷酸，其作用與Dicer酶無關。piRNA在生殖細胞的發(fā)育、轉座子沉默、減數(shù)分裂和精子發(fā)生等過程中具有多種生物學功能，另外piRNA還能通過調控編碼蛋白基因的甲基化修飾影響神經(jīng)細胞的記憶功能。如果piRNA研究趨勢與microRNAs相似的話，那么可以預見piRNA無疑將一輪新的研究熱潮。
*數(shù)據(jù)量：10M reads

案例解讀

轉錄組測序研究胚胎發(fā)育過程lncRNA的作用(Andrea Pauli et al., Genome Research. 2012)

背景：lncRNA是指長度超過200個核苷酸的非編碼RNA。lncRNA能夠與修飾組蛋白的蛋白復合體相互作用并影響其活性，從而控制基因的活化狀態(tài)（可激活、激活或抑制），是胚胎發(fā)育過程*的調節(jié)子。本文系統(tǒng)報道了脊椎動物胚胎的lncRNA表達圖譜，為以后的遺傳學、基因組學和進化研究提供了基礎。

選材：研究者以野生型斑馬魚胚胎為研究對象，在受精后的不同時期（0.75h、3h、4.5h、6h、10h、28h、48h和120h）分別收集1000個胚胎（見圖2），為了消除差異，樣品在10分鐘之內完成收集。

    選材：研究者以野生型斑馬魚胚胎為研究對象，在受精后的不同時期（0.75h、3h、4.5h、6h、10h、28h、48h和120h）分別收集1000個胚胎（見圖2），為了消除差異，樣品在10分鐘之內完成收集。測序方法：采用polyA尾富集的方法進行RNA測序，平均測序數(shù)據(jù)量為200-300M reads，鑒定了胚胎發(fā)育過程中相關的lncRNA和mRNA。

結果：獲得斑馬魚不同發(fā)育時間點的lncRNA表達圖譜

1. 斑馬魚不同時間點的發(fā)育圖譜

圖2. 斑馬魚發(fā)育取樣時期。

2. 斑馬魚lncRNA功能分析

對鑒定的835個lncRNA基因座和mRNA進行共表達分析，共表達結果進行GO分析，zui重要的10個GO中，主要與信號通路（簇2）、發(fā)育（簇6）和細胞周期（簇8）相關，簇4-7幾乎都與發(fā)育功能相關，說明胚胎中的lncRNA可能發(fā)揮發(fā)育調控的作用，見圖3。對幾個重要的lncRNA進行原位雜交驗證，發(fā)現(xiàn)不同的lncRNA在不同的發(fā)育時期的表達情況，在二細胞期、肌肉和神經(jīng)組織中都有特異性表達，見圖4。

 

 

圖3. lncRNA與mRNA共表達分析，行表示lncRNA，列表是功能基因，紅色表示正相關，藍色表示負相關，白色表示不相關。

 

圖4. lncRNA組織特異性原位雜交，對GO分析中重要的lncRNA進行原位雜交，顯示相應lncRNA在二細胞期、肌肉和神經(jīng)組織的特異性表達。