转录组学研究技术与其应用

1、基因芯片技术(Microarray)
在转录组研究中应用 最早及最广泛的为基因芯 片技术(Microarray)，首 先从待检测样品中提取RNA， 并利用荧光标记的核苷酸 将其反转录成cDNA，经过 标记的核苷酸序列可与基 因芯片特定位点上的探针 杂交，经检测杂交信号而 获取细胞基因表达信息。
基因芯片原理图
基因组
转录组
奥解 秘释
的人
四类
蛋白质组
大生
组老
学病
Biblioteka Baidu
代谢组
死
（2）基因组学
基因组学（英文genomics），研究生物基因组 和如何利用基因的一门学问。用于概括涉及基因 作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。 该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用， 试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。
（4）代谢组学
代谢组学(metabonomics／metabolomics)是效 仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体 内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生 理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物 学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量 1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合 模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学 研究的基本方法。
RNA-Seq 原理
把上述高通量测序技术应用到由mRNA 逆转录 生成的cDNA 上, 从而获得来自不同基因的mRNA 片段在特定样本中的含量, 这就是mRNA 测序或 mRNA-Seq, 同样原理, 各种类型的转录本都可以 用深度测序技术进行高通量检测, 统称作RNA-Seq。 该技术[3]首先将细胞中的所有转录产物反转录为 cDNA 文库(利用最新的SMS 技术可略去这一步, 直接对RNA 进行测序[19]), 然后将cDNA 文库中 的DNA 随机剪切为小片段(或先将RNA 片段化后再 反转录), 在cDNA 两端加上接头利用新一代高通 量测序仪测序, 直到获得足够的序列, 所得序列 通过比对(有参考基因组)或从头组装(de novo assembling)(无参考基因组)形成全基因组范围的 转录
转录组学研究技术及 其应用
目录：
• 一、转录组简介 • 二、主要技术及其原理 • 三、与蛋白质组研究进展比较 • 四、转录组学应用 • 五、参考文献
一、转录组简介
• 1、概念 • 2、转录组学 • 3、相关知识
1、概念
遗传学中心法则表明, 遗传信息在精密 的调控下通过信使RNA(mRNA)从DNA传递到蛋 白质。因此,mRNA 被认为是DNA与蛋白质之 间生物信息传递的一个“桥梁”,而所有表 达基因的身份以及其转录水平,综合起来被 称作转录组(Transcriptome)。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的总和,主要包括mRNA和 非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)。
代谢组学研究进展
二、主要技术及其原理
1、基因芯片技术(Microarray) 2、基因表达系列分析技术(Serialanalysis of
gene expression，SAGE) 3、大规模平行测序技术(Massively parallel
signature sequencing，MPSS) 4、RNA测序技术(RNAsequencing，RNA-seq)。
2、基因表达系列分析技术(SAGE)
基因表达系列分析技术 技术是一种 基于测序技术、开放式的、快速高效的分 析细胞基因表达状态的方法，该技术不需 任何基因序列的信息，能够全局性地检测 所有基因的表达水平。
3、大规模平行测序技术 ( MPSS)
MPSS 技术是对SAGE 技术的改进，但其原理都 是基于短标签测序(Tagbased sequencing)的方法。 MPSS技术可获得更长的短 标签，因而精度更高；此 外，MPSS 技术特有的微球 荧光测序可直接高通量读 出序列，简化了测序过程。
2、转录组学
研究生物细胞中转录组的发生和变化规 律的科学就称为转录组(transcriptomics)。 转录组学（transcriptomics），是一门在 整体水平上研究细胞中基因转录的情况及 转录调控规律的学科。简而言之，转录组 学是从RNA水平研究基因表达的情况。
3、相关知识
（1）四大组学
RNA-Seq 实验流程图
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RNA-Seq 技术优势
1 (1)数字化信号；直接测定每个转录本片段序列,单核 苷酸分辨率的精确度,可以检测单个碱基差异、基因家 族中相似基因以及可变剪接造成的不同转录本的表达, 同时不存在传统微阵列杂交的荧光模拟信号带来的交 叉反应和背景噪音问题,能覆盖信号超高的动态变化范 围。 (2)高灵敏度：能够检测到细胞中少至几个拷贝的稀有 转录本。(3)任意物种的全基因组分析；无需预先设计 特异性探针, 因此无需了解物种基因信息,能够直接对 任何物种进行转录组分析,这对非模式生物的研究尤为 重要,例如Wang等、Xiang等和 Vera等利用RNA-Seq技 术分别对白粉虱、海鲈鱼和蝴蝶转录组进行了研究。 同时能够检测未知基因,发现新的转录本,并精确地识 别可变剪切位点及cSNP,UTR 区域。
4、RNA测序技术(RNAsequencing，RNA-seq)
RNA 测序技术(RNA-seq)新一代高通量基因组测序仪的迅 速发展(Solexa，454 GS-FLX，SOLiD，tSMS)不仅给基组 领域带来革命性的突破，同时也给转录组检测方法带来 重大革新。采用类似SAGE 技术和MPSS 技术的理念，新 一代高通量基因组测序仪可以通过测定细胞全部转录产 物序列，通过序列比对得到最后的转录组，一个新的测 定转录组的“RNA 测序”法出现了，该技术称为RNA 测 序技术(RNA-seq)。RNA-seq技术可以提供更多信息，可 以得到用基因芯片难以得到的转录可变剪接序列；该技 术对低表达基因的检测更加准确，并且可以定量确定转 录水平。
基因组发展趋势图
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（3）蛋白质组学
蛋白质组学（proteome）一词，源于蛋白质 （protein）与基因组（genome）两个词的杂合，意指 “一种基因组所表达的全套蛋白质”，即包括一种细胞乃 至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是 在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水 平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋 白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全 面的认识，这个概念最早是在1995年提出的。蛋白质组的 研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种 疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径