互作转录组测序技术在感染性疾病研究中的应用现状

伴随着第二代、第三代测序技术的发展,转录组测序技术的测序深度不断增加,并且在现今的临床医学诊断和治疗中的应用越来越广。互作转录组测序技术(dual host-pathogen ribonucleic acid sequencing,Dual RNA-seq),可以同时提取2个(或多个)物种的RNA进行基因表达的互作分析,得到它们相互作用的机制。在医学上可用于分析感染患者或实验样本与病原体之间转录组水平的互作情况,从而评估患者或实验样本基因表达状态并可用于药物预测。本文主要综述了Dual RNA-seq的工作原理及其在传染病领域的应用,并介绍了其与单细胞测序和非编码RNA分析结合的进展,以期对感染相关的临床和研究工作提供参考。

互作转录组测序技术在微生物研究中的应用进展

人体内定植着数量庞大、结构复杂的微生物群,微生物群之间、微生物群及宿主细胞间存在着复杂的相互作用。互作转录组测序技术(dual RNA sequencing,Dual RNA-seq)可同时分析两个(或多个)互作物种间基因表达的动态变化,并通过互作模型图获得物种间基因的调控关系,得到物种间的相互作用机制。本文就近年来Dual RNA-seq技术在肠道、呼吸道、皮肤及口腔微生物研究中的应用现状及发展前景作一综述。自Dual RNA-seq的概念被引入以来,该技术已被应用于一系列感染模型。在分子水平上直接研究物种间动态相互作用,有助于更好地理解感染过程中病原体和宿主的生理变化,从而揭示潜在的新靶点或生物标志物。但是,Dual RNA-seq目前仍然处于起步阶段,在实验技术方面存在一定的局限性,比如由于物种间的相互作用是动态变化的,最佳实验条件以及采样点的选择以及如何实现实时观测是亟需解决的难题;此外,由于Dual RNA-seq的生物信息学数据量大,如何快速灵活地处理互作信息仍然需要进一步的探索。

多物种混合转录组测序(msRNA-seq)及其在海洋生态学研究中的应用

转录组测序是细胞生理学过程和机制的解析手段之一。目前,主要应用在对特定物种或细胞类型在不同生长、发育阶段(时间序列)或不同组织、器官、生长环境(空间序列)中基因转录本丰度的定量和比较上。但是,这并不适用于多物种共存的自然生态系统和多细胞协同作用的生物体中。应运而生的混合多物种转录组分析技术则是可以同时针对两个或两个以上物种或细胞类型的转录组进行分析,以此来解析物种或细胞间的相互作用。其最大特点是靠后期拆分数据而不是通过前期的物理方法来拆分物种或细胞类型。目前,该技术在动物医学领域中使用较多,但在生态系统尤其是海洋生态系统的研究中应用较少。本文介绍了多物种混合转录组测序的概念、方法、研究历程和在海洋生态学研究中的应用及前景,以期为该领域研究者打开新思路,提供新方法。

基于Dual RNA-seq分析的褪黑素影响萝卜与链格孢菌互作的作用研究

由芸薹链格孢菌(Alternaria brassicae)严重影响萝卜(Raphanus sativus)生产,外源喷施褪黑素可减轻病症,但褪黑素同时存在于植物和微生物中,外源喷施时可对感病植株上寄主和病原物的生命活动均有影响,其介导寄主-病原菌互作的作用模式。为解析褪黑素参与调控病叶上萝卜和链格孢菌互作的生理和基因转录机制,本研究通过对感黑斑病萝卜叶面外施0~1500μmol·L^(-1)浓度褪黑素,检测病情指数变化,同时利用互作转录组分析0、500和1500μmol·L^(-1)褪黑素处理下萝卜和链格孢菌转录水平变化。结果显示,50~500μmol·L^(-1)褪黑素可分别显著提高萝卜和链格孢菌双方的生长势和抗逆性,且500μmol·L^(-1)表现最优,1000和1500μmol·L^(-1)与500μmol·L^(-1)相比作用较小,呈明显剂量依赖型模式,但500μmol·L^(-1)褪黑素处理下,萝卜对链格孢菌抗性明显提升。Dual RNA-seq检出萝卜基因组reads比对率>88%,链格孢菌基因reads比对率≤0.06%,萝卜差异表达基因数显著高于链格孢菌检出数。对萝卜及链格孢菌生长及抗逆性调控相关基因表达模式进行验证,基因表达模式基本与表型反应一致。综上所述,褪黑素介导萝卜与链格孢菌的作用存在低浓度促进、高浓度抑制的剂量依赖性效应,500μmol·L^(-1)浓度下褪黑素对双方均具生长促进作用,但褪黑素对寄主的影响超过对链格孢菌的影响,最终表现为诱导萝卜对链格孢菌抗性增强。本研究为褪黑素在萝卜黑斑病抑制中的应用提供了数据支撑和理论基础,并在转录水平上初步解析了褪黑素参与萝卜对链格孢菌抗性变化的作用模式。