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七夕特辑丨“谁”是RNA-seq的“最佳拍档”

发布时间:2022-8-4 11:09:36阅读次数: 分享到:


今天七夕,作为中国传统的浪漫节日,因牛郎织女的传说成为了象征爱情的节日。但除了牛郎织女的伉俪情深,组学技术高速发展的今天,高通量领域一样涌现出许多“拍档”。其中RNA-seq,作为久经沙场的老将,以及由于其研究对象RNA在生命过程中承上启下的特性,使其拥有数量极多的“拍档”,那我们今天也来看一看,“谁”是RNA-seq的“最佳拍档”。


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“牵手”三代技术—多种手段探究mRNA 

RNA-seq凭借高通量、高灵敏度等优势在研究基因表达,探索基因功能等方面被广泛应用。但是由于二代测序读长的限制,得到的转录本可能会产生拼接错误等情况,从而不能得到完整的转录本,而以PacBio为代表的三代测序技术,利用其长度长的优势,得到完整转录本,更真实的反映样品中的转录组信息,从而准确鉴定isoform,并对可变剪接、融合基因等进行精准分析。


三代测序技术极大地降低了无参转录组的分析难度,更利于深入分析和信息挖掘。同时还可以借助二代测序数据,进行转录本表达分析,获得更加全面的注释信息。结合二代和三代测序手段的优势,可以在获得更准确结构信息的同时也得到转录本的定量信息。


图1 三代全长转录组技术路线


2

“邂逅”全转录组—多种RNA间关联分析

我们通常所说的转录组测序往往只能测到mRNA,但近些年来,RNA研究领域发现了多种非编码RNA同样可以参与基因的表达调控,只单纯研究mRNA往往没办法得到一个全面的调控网络。因此多种RNA间的研究尤为重要,全转录组也应运而生。


全转录组,指的是特定样品在某一状态下所有转录产物的集合,包括mRNA和非编码RNA。通过构建两种文库全面分析4中RNA(mRNA、lncRNA、miRNA、circRNA)的信息。全转录组分析便是针对一个样本同时进行4种RNA之间的联合调控关系,全面构建精细的RNA调控网络,4种RNA两两关联分析和两者以上的ceRNA网络调控分析,不仅可以解释生物学现象背后的网络调控机制,还可以缩小筛选范围,挖掘关键基因。


图2 由micRNA、mRNA、lncRNA和cirRNA组成的竞争性内源性RNA(ceRNA)网络


3

“遇见”质谱检测—多组学解析转录下游变化

在RNA层面的组学研究,无疑能够揭示转录变化,但仅通过单一组学数据很难对复杂的生物网络调控进行系统全面的解析,并不足以解释转录调控的传递链条。因此,整合多组学数据成为了系统发育学研究的发展趋势。对于转录下游的研究,可以结合质谱技术延伸出的蛋白组和代谢组研究手段,更准确、更可靠的解析生物学问题,更深入的探究生物学故事。


蛋白质无疑是RNA的直接下游,转录组和蛋白质组的联合分析可以通过表征情况形成数据的有效互补,并且更深入的研究物种的转录调控变化。


代谢物是性状的直接体现,转录组和代谢组的联合分析可以更有力的探究分子调控机制以及构建分子关联网络,从而从不同层面、不同角度,系统解析生物学模型的多层次机制。


图3 转录组和蛋白组联合分析思路


4

“携手”表观技术—解析表达差异根源

随着技术的发展与不断更新,表观组学技术的应用也越发广泛。无论是解析染色质互作的Hi-C、探究染色质开放性的ATAC-seq或者是对DNA/RNA的甲基化研究等等,都已经成为如今表观遗传学研究的热点,在解决科学问题上提供了极大的助力。


表观技术与RNA-seq结合紧密的无疑是ATAC-seq,在DNA转录表达RNA时,需要转录因子(TF)结合来激活转录,而TF只能与开放的染色质结合,所以寻找细胞核中包含的染色体开放区域,对我们理解细胞生物活动、生命过程等有很大帮助。在不同的处理情况或疾病下,细胞也会出现开放区域的变化,结合RNA-seq的研究可以帮助我们进一步理解不同状态变化的生理机制。


除了与ATAC-seq,RNA-seq与其他表观技术结合也有许多联手的机会,比如与Hi-C、WGS等的联合分析可以从DNA、RNA及染色体三维空间层面等全面解析生物学问题,从而探究转录表达差异的根本原因。


图4 ATAC技术示意图


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总  结

大家可以发现,RNA-seq与多种技术或组学的结合,目的是为了在不同层面去共同解析生物学问题,因此,RNA-seq没有百分百的“最佳拍档”,只有根据不同生物学故事去合理选择的“最优拍档”。不论是和三代技术的协同应用,还是与蛋白组、代谢组或表观组学的联合分析,都是为了可以从更多方向或更多层面去全面探究生物学变化,从而讲好生物学故事。

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