轉錄組學領域研究進展一覽

轉錄組學（transcriptomics），是一門在整體水平上研究細胞中基因轉錄的情況及轉錄調控規律的學科，也就是說，轉錄組學是從RNA水平來研究基因的表達情況。轉錄組即一個活細胞所能轉錄出來的所有RNA的總和，是研究細胞表型和功能的一個重要手段。

本文中，小編對近年來轉錄組學領域的相關研究進行了盤點，分享給各位！

【1】北大教授開發單細胞全轉錄組測序新技術

2014年4月29日，北京大學生物動態光學成像中心黃岩誼、湯富酬課題組在《美國科學院院刊》(PNAS)上發表題為「Microfluidic single-cell whole-transcriptome sequencing」的論文。該研究利用微流控晶元技術實現了高質量單細胞的全轉錄組測序樣品準備，全面提高了單細胞全轉錄組分析的準確性和可靠性。

細胞是生命活動的基本功能單位，而在生物體內沒有任何兩個細胞是完全相同的。傳統的生命科學與醫學研究，絕大多數情況下都是針對混合的大量細胞進行的，無法觀察到單個細胞之間細微的差別。近年來不斷發展的實驗技術，提供了更加定量與客觀的證據，表明在許多關鍵生命過程例如胚胎髮育、細胞分化、疾病發生與發展等過程中，特定的單個細胞行為，以及其間的個體化差異與異質性，導致了極其重要甚至是決定性的結果。而之前基於大量細胞平均測量所獲得的結果並無法正確反映複雜生物體系的全面真實信息，嚴重掩蓋了獨立個體樣本的行為以及生命現象中大量存在的隨機行為。針對單個細胞的研究，是細胞生命分析技術所追求的極限狀態，是對傳統技術極大的挑戰。

【2】Science：利用空間轉錄組學技術可視化觀察組織中的基因表達

doi：10.1126/science.aaf2403

在一項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所和皇家理工學院等機構的研究人員開發出一種新的被稱作空間轉錄組學（spatial transcriptomics）的高解析度方法研究一種組織中哪些基因是有活性的。這種方法能夠被用於所有類型的組織中，而且在臨床前研究和癌症診斷中是有價值的。相關研究結果發表在2016年7月1日那期Science期刊上，論文標題為「Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics」。

疾病改變組織中RNA分子和蛋白表達。為了獲得關於疾病的更多知識和優化診斷方法，對組織樣品進行顯微研究經常在實驗室和醫院中開展，但是迄今為止，科學家們只能夠同時確定少量RNA分子的位置。

在這項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授團隊與來自瑞典皇家理工學院的Joakim Lundeberg教授團隊合作開發出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數量，並且利用顯微鏡提供它們的空間信息。

【3】2016年Nature Methods年度技術：表觀轉錄組分析（Epitranscriptome analysis）

每年年底，《自然方法》Nature Methods都會對過去一年中推動生物學發展的技術方法做出回顧與總結，由此評選出當年最受矚目、影響力最大的技術。2016年，表觀轉錄組分析（Epitranscriptome analysis）榮膺Nature Methods年度生命科學技術。

Epitranscriptome一詞前使用希臘語「epi」作為前綴，它指的是添加到核糖核苷酸中的任何修飾，但不考慮該修飾的已知功能或遺傳性。科學家們越來越意識到，對核糖核苷酸的化學修飾對調控細胞特性有重要作用。表觀轉錄組學檢測方法也越來越高效。

2006年，Andrew Fire和Craig Mello因發現RNA干擾而榮獲諾貝爾生理學或醫學獎。他們的成果發表後，生物學家們研究了大量非編碼RNA的功能。直到今天，該領域依舊是熱門的研究方向。目前該領域出現的問題是，RNA分子本身是如何受到調控的。更具體地說，發生於所有RNA種類中的轉錄後修飾的功能是什麼？近年的技術突破（主要是基於測序方法引發的技術突破）讓轉錄組分析（對這種RNA修飾的全基因組範圍內的分析）成為可能，並指出了表觀轉錄組的重要功能作用。

【4】Nat Commun：基因組和轉錄組分析為對抗致命感染找到新希望

doi：10.1038/ncomms12218

最近一項發表在國際學術期刊Nature Communication上的文章為毛霉目真菌的進化過程提出了新的見解。毛霉目真菌這是一類能夠引起致命感染的真菌，這種感染在部分病人群體中越來越多，該研究發現的一些分子途徑或可在將來開發為潛在的治療和診斷靶點。

當人類的免疫系統功能減弱，毛霉目真菌就容易侵入人類細胞，引起致命感染——毛黴菌病。馬里蘭大學醫學院等機構的研究人員經過研究發現了病人發生毛黴菌病的過程中所需要的一些關鍵分子途徑。

研究人員首先對30種毛霉目真菌的基因組進行了測序，對真菌入侵過程中人類呼吸道上皮細胞以及引起毛黴菌病的三種最常見真菌進行了轉錄組分析，揭示了宿主和真菌中促進發病的關鍵因素，從中找到了毛黴菌病發病機制種一些必須的信號途徑。

【5】Nat Biote：華大基因揭示人轉錄組中存在大量的RNA編輯

doi：10.1038/nbt.2122

近日，來自深圳華大基因研究院和台灣長庚大學的研究人員研發了一種對人類轉錄組中的RNA編輯位點進行測定和分析的新型計算方法，並發現人類轉錄組中存在大量的RNA編輯現象，該成果於2012年2月12日在國際著名雜誌《自然-生物技術》（Nature Biotechnology）上在線發表。本研究利用最新的RNA-seq技術對人類個體中的RNA編輯位點進行了準確、全面的檢測和廣泛的分析，對提高研究人員採用新一代測序技術對RNA編輯進行研究及進一步了解RNA編輯與人類發育以及正常或疾病等不同生理狀態的關係發揮了重要的作用。

RNA編輯是指DNA轉錄成RNA前體（pre-RNA）後，RNA序列內一些特異位點的核苷酸發生刪除、添加或修飾等變化，使得RNA所攜帶的遺傳信息發生改變的過程。這種改變影響了基因的表達，使得一個基因可能產生幾種結構和功能不同的蛋白質。RNA編輯在靈長類進化和高級腦功能的發育等方面被視為重要因素。儘管科學家們已經對RNA編輯修飾機理進行了一些研究，如對遺傳信息的改變、對RNA剪接和miRNA調控的影響等，但是對人類中RNA編輯的發生和作用仍知之甚少。因此，準確全面地對RNA編輯位點的鑒定和分析是深入理解轉錄後修飾相關機制等方面研究的關鍵一步。

【6】BMC Geno：劉愛忠等完成星油藤種子發育不同時期的轉錄組分析

doi：10.1186/1471-2164-13-716

星油藤 (Plukenetia volubilis L.) 又名南美油藤、印加果、印加花生等，是大戟科一種多年生木質藤本油料植物，其種子油脂可以食用。星油藤油與其他植物油相比其成分非常特殊，絕大部分是不飽和脂肪酸，約佔總油脂的93%，亞油酸（ω-6脂肪酸）和亞麻酸（ω-3脂肪酸）含量分別高達35%和50%。ω-3 脂肪酸對人體的發育和健康維護具有重要意義，世界衛生組織提出人類食用油脂中亞麻油酸和其它脂肪酸的比例應達到 1：4，而目前在我國市場上的食用油中亞麻油酸和其它脂肪酸的比例是20-30：1。在主要的油料作物油脂中（包括大豆、花生、玉米、向日葵、油菜等）亞麻油酸含量很低，通常在0-10%之間。開發利用星油藤種子累積ω-3脂肪酸的特殊功能基因，通過轉基因技術對我國主要油料作物（如油菜、花生等）進行遺傳改良，改善其種子亞麻油酸的含量，將提高我國食用油的品質。

中國科學院西雙版納熱帶植物園分子遺傳與育種研究組在劉愛忠研究員的指導下，開展了星油藤種子發育不同時期的轉錄組學研究，調查了轉錄水平上基因的表達和亞麻油酸累積的協同性。經測序組裝共獲得70392個unigene，其中22179個unigene在不同發育時期呈現差異表達。進一步的生物信息學分析發現有397個unigene與脂肪酸合成和累積相關，並且有多個編碼脂肪酸脫氫酶的unigene在油脂快速合成時期表達水平顯著上調。本研究為調查星油藤種子高效累積ω-3脂肪酸的分子機制以及轉基因分子育種等工作提供了非常重要的遺傳信息資源。

【7】Science：開發出TT-Seq技術繪製人類瞬時轉錄組圖譜

doi：10.1126/science.aad9841

基因之間的序列長期以來被視為「垃圾DNA」，我們如今知道它們也發揮著至關重要的功能。這些DNA區域發生的突變能夠嚴重地對人類發育造成損害，而且可能在生命後期導致嚴重疾病。然而，在此之前，調節性DNA序列一直很難發現。如今，在一項新的研究中，德國慕尼黑理工大學計算生物學教授Julien Gagneur團隊和德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所教授Patrick Cramer團隊如今開發出一種方法可以用於發現活躍的可控制基因活性的調節性DNA序列。相關研究結果發表在2016年6月3日那期Science期刊上，論文標題為「TT-seq maps the human transient transcriptome」。

我們DNA中的基因含有詳細的用於蛋白表達的組裝指令，而蛋白執行和控制著我們細胞中的幾乎所有過程。為了確保每個蛋白在我們體內合適的地點合適的時間上完成它的任務，相對應的基因活性就必需受到嚴格地控制。這種嚴格控制功能是由基因之間的調節性DNA信息所承擔。

論文共同通信作者、馬克斯普朗克生物物理化學研究所分子生物學系主任Patrick Cramer教授解釋道，「調節性DNA區域是人類發育、組織保存和免疫反應等必不可少的。再者，它們在多種疾病中發揮著重要作用。比如，患有癌症或心血管疾病的病人正是在這些調節性DNA區域中發生很多突變。」

【8】PLoS One： 丹參轉錄組分析研究獲進展

DOI： 10.1371/journal.pone.0080464

近日，上海辰山植物園（中國科學院上海辰山植物科學研究中心）藥用植物與次生代謝研究組（陳曉亞研究員課題組）楊蕾博士等在PLoS ONE在線發表藥用植物丹參（Salvia miltiorrhiza）轉錄組分析相關的研究論文Transcriptome Analysis of Medicinal Plant Salvia miltiorrhiza and Identification of Genes Related to Tanshinone Biosynthesis。

丹參（Salvia miltiorrhiza）為唇形科（Labiatae）鼠尾草屬常用中藥，以根和根莖入葯，藥理學表明丹參中丹參酮類化合物對於治療心腦血管疾病具有顯著療效。丹參酮類物質特異性地積累在丹參的根中，所以該研究通過對比丹參根和葉不同組織中轉錄表達的差異基因來挖掘丹參酮生物合成相關的基因及轉錄調控因子，為進一步研究丹參酮類的生物合成及調控奠定了基礎。該研究成果獲得國家自然科學基金及上海市綠化和市容管理局科學技術項目等多項資助。

【9】Nat Nat Biotechnol：全基因組及轉錄組測序揭示人類機體功能性的遺傳突變

刊登在國際著名雜誌Nature和Nature Biotechnology上的兩篇研究報道中，來自瑞士日內瓦大學等處的研究者通過研究繪製出了不同人群之間的遺傳性差異，同時該項研究也為在RNA水平上將人類基因組和基因活性聯繫起來提供了一定的思路。

理解每一個個體對疾病易感或者耐受的特殊基因組是今日科學研究的重大挑戰，遺傳學家在不斷研究個體遺傳特性的不同如何影響其機體基因的開啟或者關閉，從而為研究一系列的遺傳性疾病/障礙提供了思路。

研究中，來自歐洲9個國家超過50名科學家通過對來自462名個體機體細胞中的RNA進行測序，從而測定了其機體基因的活性（即基因表達程度），機體遺傳突變的丰度影響著很多基因的表達，當然對於科學家來講最為重要的還是揭示人類基因組工作的規則，而不是單單研究單一個體的基因；研究者Peter t Hoen表示，這項研究中，我們對大型的RNA測序的數據組設定了一系列產生、分析及發布標準。

【10】Cancer Research：轉錄組分析發現可診斷多種癌症的泛標記物

doi：10.1158/0008-5472.CAN-15-0484

在癌症的發生過程中，許多基因都會發生突變並出現功能紊亂，而越來越多的研究也發現這些發生突變的基因或可作為癌症的診斷標記或靶向治療得到進一步開發，幫助癌症的臨床診斷和治療。

近日，來自日本、丹麥和澳大利亞的科學家在國際學術期刊Cancer Research上發表了一項最新研究進展，他們利用轉錄組分析的方法對多種癌症類型中反覆出現的一些基因突變進行了揭示，而這些新發現的基因突變或可作為潛在生物標記在癌症的臨床診斷和靶向治療過程中發揮重要作用。

為了全面揭示能夠用於癌症臨床診斷和治療的靶向基因，研究人員首先對225種不同癌細胞系及與其相對應的339個原代細胞樣本進行了基因表達分析，發現了一些在多種癌症類型中反覆出現失調的轉錄本。之後研究人員又對TCGA和FANTOM5數據集中4055個腫瘤組織和563個健康組織的RNA-seq數據進行對比，最終發現了具有臨床治療診斷價值的一組核心轉錄本。（生物谷Bioon.com）

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