RNA—Seq技术在转录组研究中的应用(1)
【摘要】 RNA测序(RNA-Sequencing，RNA-Seq)是指通过对mRNA反转录形成的cDNA片段进行测序，可以有效地获取生物体在特定的生理环境下的全部转录本信息。RNA-Seq从转录水平研究基因功能及基因结构，揭示特定的生物学过程，分析生物体的差异表达基因，发现新基因及进行基因功能注释等，已广泛应用于生命科学、疾病诊断和预防及药物研发等领域。本文综述了RNA-Seq的优势及在转录组研究方面的应用和前景，并对其中有待進一步研究的问题进行展望。
【关键词】 RNA测序； 转录组； 应用
doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2018.20.089 文献标识码 A 文章编号 1674-6805(2018)20-0-04
The Application of RNA-Seq Technology in the Study of the Transcriptome/SUN Hongji，WEI Huijun.//Chinese and Foreign Medical Research，2018，16(20)：-187
【Abstract】 RNA-Sequercing(RNA-Seq) is a technology that can efficiently obtained all the transcript information of an organism in a specific physiological environment by sequencing the cDNA fragments formed by mRNA reverse transcription，also known as transcriptome sequencing.RNA-Seq has been widely used in life sciences，disease diagnosis and prevention and drug development to study gene function and structure at the transcriptional level，reveal the particular biological process，analyze differentially expressed genes in organisms，and discover novel genes as well as annotate gene functions.In this paper，this artical summarize the advantages of RNA-Seq and its application and prospect in transcriptome research，and prospected the problems which need to be further studied.
【Key words】 RNA-Seq； Transcriptome； Application
First-author’s address：Wannan Medical College，Wuhu 241002，China
生命科学的研究随着现代科技的进步，已经进入到后基因组时代，而转录组研究作为后基因组时代一个非常重要的组学研究，为研究基因表达及转录水平上的调控提供了重要的手段和方法，也是发掘功能基因的重要途径[1]。RNA测序(RNA-Sequencing，RNA-Seq)，也称为转录组测序，是近几年新发展起来的高通量转录组测序技术，通过对mRNA反转录形成的cDNA片段进行测序，可以有效地获取生物体在特定的生理环境下的全部转录本信息。RNA-Seq技术能够在单核苷酸水平上对细胞的全部转录活动进行检测，可以快速准确地进行序列和表达量的测定，提供更多的生物体转录信息，能辨别一些未知的转录本，可定量分析基因的表达水平，识别单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，研究基因结构变异，识别不同的可变剪切事件，基因融合，RNA编辑，开发简单重复序列(simple sequence repeats，SSRs)等。这些分析能够为全面揭示生物体生命活动中相关基因功能、系统发生与进化及与其他生物相互作用等奠定了基础，为进一步提高基因结构信息、挖掘新的基因和新基因的功能及育种和治疗疾病的研究提供重要的信息。随着RNA-Seq技术的日渐成熟，在生命科学领域得到了普遍应用。本文综述了RNA-Seq的优势及在转录组研究方面的应用和前景，并对其中有待进一步研究的问题进行了展望。
1 转录组研究的基本方法
目前研究转录组的方法主要有：(1)基于杂交技术，如cDNA芯片；(2)基于测序技术，如基于Sanger测序的基因表达系列分析(serial analysis of gene expression，SAGE)和大规模平行信号测序系统(massively parallel signature sequencing，MPSS)；(3)基于新一代测序技术的RNA-Seq技术。芯片技术需要基于生物体的已知序列设计探针序列，对于没有已知序列的物种则很难检测，并且灵敏度也有限，对于表达丰度较低的序列及重复序列也难以识别，数据重复性较差，假阳性较高，很难检测出融合基因转录、多顺反子转录等异常转录产物。基于Sanger测序的SAGE和MPSS技术，在无须任何基因序列的信息同时，还具有分辨率高，背景噪声低等优势。但是在测序费用及测序时长等方面，该技术并不占据优势，反而限制了该技术的进一步推广。
相比较而言，RNA-Seq具有以上测序技术不具有的优势：(1)任意物种的全转录组分析。无须预先设计特异性探针，因此无须了解物种基因或基因组信息，能够直接对任何物种进行最全面的转录组分析；(2)数字化信号。直接测定几乎所有转录本片段的序列，背景噪音低且覆盖度高；(3)灵敏度高。可检测低丰度转录本；(4)精确性高。精确到单核苷酸水平，可区分高度同源的RNA分子，鉴定剪切变异体和RNA多态性；(5)检测范围广。从几个到数十万个拷贝精确计数，可同时鉴定及定量正常和稀有的转录本。并且RNA-Seq技术具有相对较低的成本，重复性好[2]。更重要的是，RNA-Seq技术只需要微小的样品量，就能够进行检测，尤其是针对生物样品很难获取的分析。, 百拇医药(孙洪计 魏慧君)
【关键词】 RNA测序； 转录组； 应用
doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2018.20.089 文献标识码 A 文章编号 1674-6805(2018)20-0-04
The Application of RNA-Seq Technology in the Study of the Transcriptome/SUN Hongji，WEI Huijun.//Chinese and Foreign Medical Research，2018，16(20)：-187
【Abstract】 RNA-Sequercing(RNA-Seq) is a technology that can efficiently obtained all the transcript information of an organism in a specific physiological environment by sequencing the cDNA fragments formed by mRNA reverse transcription，also known as transcriptome sequencing.RNA-Seq has been widely used in life sciences，disease diagnosis and prevention and drug development to study gene function and structure at the transcriptional level，reveal the particular biological process，analyze differentially expressed genes in organisms，and discover novel genes as well as annotate gene functions.In this paper，this artical summarize the advantages of RNA-Seq and its application and prospect in transcriptome research，and prospected the problems which need to be further studied.
【Key words】 RNA-Seq； Transcriptome； Application
First-author’s address：Wannan Medical College，Wuhu 241002，China
生命科学的研究随着现代科技的进步，已经进入到后基因组时代，而转录组研究作为后基因组时代一个非常重要的组学研究，为研究基因表达及转录水平上的调控提供了重要的手段和方法，也是发掘功能基因的重要途径[1]。RNA测序(RNA-Sequencing，RNA-Seq)，也称为转录组测序，是近几年新发展起来的高通量转录组测序技术，通过对mRNA反转录形成的cDNA片段进行测序，可以有效地获取生物体在特定的生理环境下的全部转录本信息。RNA-Seq技术能够在单核苷酸水平上对细胞的全部转录活动进行检测，可以快速准确地进行序列和表达量的测定，提供更多的生物体转录信息，能辨别一些未知的转录本，可定量分析基因的表达水平，识别单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，研究基因结构变异，识别不同的可变剪切事件，基因融合，RNA编辑，开发简单重复序列(simple sequence repeats，SSRs)等。这些分析能够为全面揭示生物体生命活动中相关基因功能、系统发生与进化及与其他生物相互作用等奠定了基础，为进一步提高基因结构信息、挖掘新的基因和新基因的功能及育种和治疗疾病的研究提供重要的信息。随着RNA-Seq技术的日渐成熟，在生命科学领域得到了普遍应用。本文综述了RNA-Seq的优势及在转录组研究方面的应用和前景，并对其中有待进一步研究的问题进行了展望。
1 转录组研究的基本方法
目前研究转录组的方法主要有：(1)基于杂交技术，如cDNA芯片；(2)基于测序技术，如基于Sanger测序的基因表达系列分析(serial analysis of gene expression，SAGE)和大规模平行信号测序系统(massively parallel signature sequencing，MPSS)；(3)基于新一代测序技术的RNA-Seq技术。芯片技术需要基于生物体的已知序列设计探针序列，对于没有已知序列的物种则很难检测，并且灵敏度也有限，对于表达丰度较低的序列及重复序列也难以识别，数据重复性较差，假阳性较高，很难检测出融合基因转录、多顺反子转录等异常转录产物。基于Sanger测序的SAGE和MPSS技术，在无须任何基因序列的信息同时，还具有分辨率高，背景噪声低等优势。但是在测序费用及测序时长等方面，该技术并不占据优势，反而限制了该技术的进一步推广。
相比较而言，RNA-Seq具有以上测序技术不具有的优势：(1)任意物种的全转录组分析。无须预先设计特异性探针，因此无须了解物种基因或基因组信息，能够直接对任何物种进行最全面的转录组分析；(2)数字化信号。直接测定几乎所有转录本片段的序列，背景噪音低且覆盖度高；(3)灵敏度高。可检测低丰度转录本；(4)精确性高。精确到单核苷酸水平，可区分高度同源的RNA分子，鉴定剪切变异体和RNA多态性；(5)检测范围广。从几个到数十万个拷贝精确计数，可同时鉴定及定量正常和稀有的转录本。并且RNA-Seq技术具有相对较低的成本，重复性好[2]。更重要的是，RNA-Seq技术只需要微小的样品量，就能够进行检测，尤其是针对生物样品很难获取的分析。, 百拇医药(孙洪计 魏慧君)