论转录组的研究方法及当前进展

论转录组的研究方法及当前进展

郑忠巧

(生物工程一班生命科学学院黑龙江大学150080)

摘要：转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA 的集合。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构, 揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。转录组分析的研究方法。研究平台发生着日新月异的变化,同时生物信息分析学分析的内容也在逐步完善。本文对转录组的研究方法及当前进展作了一个综合论述。

关键词：转录组、SAGE、MPSS、RNA-Seq、方法、特点

On the transcriptome research methods and current progress

ZhengZongqiao

(The first class of Biotechnology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin,

150080)

Abstract: the transcriptome is a particular tissue or cell in a certain developmental stage or function state all the set of RNA transcription. Transcriptome research to research from the overall level of gene function and gene structure, reveal the specific molecular mechanism in the process of biological processes and disease. Transcriptome analysis of research methods. Research platform with rapid changes, at the same time, the content of the bioinformatics analysis has also been gradually perfected. In this paper, the research methods and the current progress of the transcriptome made a comprehensive review.

Key words: the transcriptome, SAGE, MPSS, RNA - Seq, methods and characteristics.

一、转录组的定义

遗传学的研究对象由少量基因及其功能转变为生物体的全基因组结构、基因功能、表观修饰、细胞调控等, 遗传学研究进入了基因组和后基因组时代。其中, 通过细菌基因组和转录组研究来揭示生命基本过程, 如生命形成、生物进化、基础代谢、疾病发生、药物靶点等, 成为生物学研究的重要手段。广义转录组（Transcriptome）系指从一种细胞或者组织的基因组所转录出来的RNA的总和，包括编码蛋白质的mRNA和各种非编码RNA（rRNA,tRNA,snoRNA,snRNA,microRNA 和其他非编码RNA等）。狭义转录组系指所有参与翻译蛋白质的mRNA 总和。

二、研究转录组的原因

转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有的RNA 的集合。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构, 揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。转录组是连接基因组遗传信息与生物功

能的蛋白质组的纽带，转录水平的调控是最重要也是目前研究最广泛的生物体调控方式。转录组的研究比基因组的研究能给出更高效的有用信息。比如，人类基因组包含有30亿个碱基对，其中大约只有5万个基因转录成mRNA分子，而转录后的mRNA仅部分被翻译生成功能性的蛋白质。与基因组不同，转录组更有时间空间性。比如，我们人体大部分细胞具有一模一样的基因，而即使同一细胞在不同的生长时期及生长环境下，其基因表达情况也是不完全相同的。所以，除了异常的mRNA降解现象（如转录衰减）以外，转录组反映的是特定条件下活跃表达的基因。

三、研究转录组的基本方法及各种方法的特点

目前研究转录组的方法主要有:（1）基于杂交技术，如cDNA芯片和寡聚核苷酸芯片；（2）基于测序技术，如早先给予Sanger测序的SAGE(Serial Analysis of Gene Expression)和MPSS(Massively Parallel Signature Sequencing),全长cDNA文库和EST文库的测序分析.现在对cDNA、EST等的测序工作已升级为代测序技术，第一代测序技术较Sanger测序技术通量更高，运行时间更短，测序片段更长；（3）基于新一代高通量测序技术的转录组测序，现在通常将基于第二代测序技术的转录组测序分析称为RNA-Seq。

（1）基于杂交技术的特点

基于杂交技术的DNA芯片技术只适用于检测已知序列，却无法捕获新的mRNA。细胞中mRNA的表达丰度不尽相同，通常细胞中约有不到100种的高丰度mRNA，其总量占总mRNA一半左右，另一半mRNA由种类繁多的低丰度mRNA组成。因此由于杂交技术灵敏度有限，对于低丰度的mRNA，微阵列技术难以检测，也无法捕获到目的基因mRNA表达水平的微小变化。

（2）SAGE法的特点

SAGE是以Sanger测序为基础用来分析基因群体表达状态的一项技术。SAGE 技术首先是提取实验样品中RNA并反转录成cDNA，随后用锚定酶(Anchoring enzyme)切割双链cDNA，接着将切割的cDNA 片段与不同的接头连接，通过标签酶酶切处理并获得得到SAGE 标签，然后PCR 扩增连接SAGE 标签形成的标签二聚体，最后通过锚定酶切除接头序列，以形成标签二聚体的多聚体并对其测序. SAGE可以在组织和细胞中定量分析相关基因表达水平。在差异表达谱的研究中，SAGE 可以获得完整的转录组学图谱以及发现新的基因并鉴定其功能、作用机制和通路等。

（3）MPSS法的特点

MPSS是SAGE的改进版，MPSS 技术首先是提取实验样品RNA并反转录为cDNA，接着将获得的cDNA克隆至具有各种adaptor 的载体库中，并PCR 扩增克隆至载体库中的不同cDNA 片段，然后在T4 DNA 聚合酶和dGTP 的作用下将PCR产物