RNA测序

1. RNA测序(RNA-Seq)

  • 定义:通过高通量测序技术全面检测样本中的RNA(包括mRNA、lncRNA、circRNA等),分析基因表达水平和转录本结构。

  • 技术特点

    • 可定量基因表达(FPKM/TPM值)。

    • 检测可变剪切、融合基因、新转录本。

  • 应用场景

    • 差异表达分析(如疾病 vs 正常组织)。

    • 转录本结构研究(如外显子跳跃事件)。


2. 真核无参转录组(De Novo Eukaryotic Transcriptome)

  • 定义:在没有参考基因组的情况下,对真核生物转录组进行测序和组装。

  • 技术挑战

    • 需长读长测序(PacBio/Nanopore)或高深度短读长(Illumina)辅助组装。

    • 依赖软件(如Trinity、SOAPdenovo-Trans)拼接转录本。

  • 应用场景

    • 非模式生物(如昆虫、海洋生物)功能基因挖掘。

    • 新物种转录组注释。


3. 真核有参转录组(Reference-Based Eukaryotic Transcriptome)

  • 定义:基于已有参考基因组和注释,分析真核生物的基因表达和转录本变异。

  • 优势

    • 直接比对参考基因组(如Hisat2、STAR),准确性高。

    • 可整合可变剪切分析(如Cufflinks)。

  • 应用场景

    • 模式生物(如人类、小鼠)的差异表达研究。

    • 癌症特异性转录本鉴定。


4. 原核转录组(Prokaryotic Transcriptome)

  • 定义:研究原核生物(细菌、古菌)的全转录组,注意其无内含子、多顺反子结构。

  • 技术要点

    • 需去除rRNA(占原核RNA的90%以上)。

    • 直接比对参考基因组(原核基因密集,重叠常见)。

  • 应用场景

    • 病原菌耐药机制研究(如抗生素应激响应)。

    • 微生物代谢通路调控分析。


5. LncRNA测序(Long Non-coding RNA Sequencing)

  • 定义:特异性研究长链非编码RNA(长度>200 nt,不编码蛋白)的表达和功能。

  • 技术关键

    • 需链特异性建库(区分正义/反义链)。

    • 结合表达量与结构预测(如CPC、PhyloCSF)筛选功能性lncRNA。

  • 应用场景

    • 表观调控机制(如X染色体失活)。

    • 癌症标志物发现(如HOTAIR)。


6. Small RNA测序(Small RNA-Seq)

  • 定义:检测miRNA、siRNA、piRNA等小RNA(18-30 nt),分析其表达及靶标预测。

  • 建库特点

    • 需富集小RNA片段(凝胶分离或适配体捕获)。

    • 重点关注miRNA与mRNA互作(如TargetScan预测)。

  • 应用场景

    • 疾病相关miRNA筛选(如miR-21在肿瘤中的过表达)。

    • 植物抗病毒siRNA研究。


7. 有参三代全长转录组(Reference-Based Full-Length Transcriptome, PacBio/Nanopore)

  • 定义:基于参考基因组,利用三代测序获取完整转录本序列(5’→3’端无断裂)。

  • 优势

    • 直接识别可变剪切异构体、基因融合。

    • 检测RNA修饰(如Nanopore测m6A)。

  • 应用场景

    • 人类复杂疾病转录本异构体研究。

    • 植物抗逆相关全长转录本鉴定。


8. 无参三代全长转录组(De Novo Full-Length Transcriptome)

  • 定义:无参考基因组时,通过三代长读长测序从头组装完整转录组。

  • 分析流程

    • 使用Iso-Seq(PacBio)或Nanopore数据,经软件(如Canu、Flye)组装。

    • 需短读长数据(Illumina)校正错误。

  • 应用场景

    • 稀有物种转录组注释(如深海生物)。

    • 新基因家族发现。


9. Ribo-seq(翻译组测序,Ribosome Profiling)

  • 定义:通过捕获核糖体保护的mRNA片段(~28 nt),研究翻译活性与调控。

  • 技术核心

    • 使用核酸酶消化未保护的RNA,保留核糖体结合的片段。

    • 识别开放阅读框(ORF)和翻译效率。

  • 应用场景

    • 非经典翻译事件(如上游ORF、微小蛋白)。

    • 药物靶点翻译调控机制(如癌症治疗响应)。


技术对比与选择指南

技术 关键优势 主要限制 适用问题
RNA-Seq 全转录组覆盖 短读长限制剪切分析 差异表达、新转录本筛查
LncRNA测序 聚焦调控分子 需功能验证 表观遗传机制
Small RNA-Seq 高灵敏度检测miRNA 靶标预测假阳性高 微小RNA功能研究
Ribo-seq 直接反映翻译动态 实验难度大 翻译调控机制
三代全长转录组 解决复杂剪切异构体 成本高、错误率需校正 精确转录本结构解析

实际应用案例

  • 医学:LncRNA测序发现癌症标志物(如MALAT1)。

  • 农业:Small RNA测序解析作物抗旱相关miRNA(如水稻osa-miR396)。

  • 微生物:Ribo-seq揭示细菌耐药基因的翻译调控。

根据研究目标(表达定量、结构解析或翻译调控)和样本类型(有无参考基因组),选择匹配的RNA测序技术组合。

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