单细胞转录组测序技术在水产养殖领域的应用

单细胞转录组测序技术可揭示不同组织细胞间和同一组织不同细胞间的异质性,已大量用于模式物种研究,但在水产养殖物种中的应用则处于起步阶段。综述单细胞转录组测序技术在水产养殖物种的人工繁殖、良种选育和病害防控相关研究中的应用,指出其在应用过程中存在样本采集、单细胞分离、数据分析方面的困难,并提出相应的解决举措,展望其在水产养殖领域内应用的发展前景,为促进单细胞转录组测序技术在水产养殖领域的广泛应用提供参考。

转录组测序技术识别腹膜后脂肪肉瘤预后相关基因

目的:通过转录组测序技术(RNA-Seq)比较腹膜后脂肪肉瘤(RPL)组织与正常脂肪组织基因表达谱的差异,识别预后相关的关键基因并探究其潜在机制。方法:收集RPL患者肿瘤组织与瘤旁正常脂肪组织进行RNA-Seq并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析;基于TCGA数据库筛选预后相关的高风险基因并使用Kaplan-Meier曲线和受试者操作特征(ROC)曲线进行验证。结果:与正常脂肪组织相比,RPL组织中同时上调的基因共279个,主要富集在免疫反应过程和PPAR信号通路;结合TCGA数据集共鉴别出稳定的预后高风险基因7个,高风险组患者总生存率显著低于低风险组(P<0.05)。结论:KCNQ5、RBPJ等基因可能与RPL患者的不良预后相关,解析这些基因在RPL中的作用及机制有望为RPL患者诊疗策略的制定提供有力证据。

基于转录组测序技术筛选NSUN2在卵巢癌细胞的基因差异表达

目的应用RNA⁃seq技术研究NSUN2对卵巢癌细胞株A2780基因表达的影响,为阐明NSUN2在卵巢癌症发生发展中的作用提供理论依据。方法慢病毒介导的RNA干扰技术抑制A2780细胞中NSUN2的表达。以转染空载体的细胞为对照,使用RNA⁃seq技术对干扰细胞株进行基因谱高通量测序分析,筛选出差异表达的基因。并通过KEGG Pathway、GO分析和GSEA富集分析,探索NSUN2调控的差异基因主要参与的相关信号通路和生物学过程。结果与对照组细胞相比,NSUN2敲低的A2780细胞株有1642个差异表达的基因,其中上调基因有1020个,下调基因有622个;通过GO分析、KEGG Pathway和GSEA富集分析发现差异表达基因主要富集在hedgehog信号通路、P53等信号通路上,参与了病毒转录、翻译起始和调节等生物过程;通过对P53信号通路的相关基因进一步分析,筛选出与改通路相关的3个关键基因(ZMAT3、EI24和CCND2),RT⁃qPCR验证其表达结果与测序结果相符。结论A2780 sh⁃NSUN2组与A2780 sh⁃NC组的基因表达谱间存在明显的差异,其差异基因主要富集于P53信号通路。在卵巢癌中NSUN2可能通过调控P53信号通路相关因子的表达,从而调控了卵巢癌的发生发展。

基于全转录组测序技术的转录组学在中医药领域的应用前景分析

转录组学以其在全基因组转录水平上整体性、系统性的研究特点在中医药研究中发挥了重要作用,近年来兴起的全转录组测序(RNA Sequencing,RNA-Seq)技术使转录组学研究进入了数字化、信息化的时代。本文总结归纳了RNA-seq技术在转录组学中的优势,其整体性、系统性、个体组织差异性、时间独立性等优势改善了以往单基因研究不能切合中医学整体观念的不足;着重探讨了基于RNA-seq技术的转录组学在中医学理论及方药研究等方面的应用现状及前景,对其在中医辨治理论实质研究、方药有效成分的筛选和作用机制研究及临床用药安全评定体系等方面的应用策略进行了分析,并提出了初步的实验方案。

基于转录组测序技术探讨活血降糖饮干预糖尿病肾病的机制

目的:探讨活血降糖饮治疗糖尿病肾病的分子机制。方法:通过高脂饲料喂养加尾静脉注射链脉佐菌素(STZ)等建立糖尿病肾病大鼠模型,并将模型大鼠随机分为糖尿病肾病(DN)组、模型+双胍+中药组(DN+Met+ZY)、模型+双胍+卡托普利组(DN+Met+CP),给予相应药物进行灌胃治疗,并另设正常对照组,每组10只,干预16周后,观察各组大鼠空腹血糖(FBG)、血脂、血清尿素氮(BUN)、血肌酐(Scr)、24 h尿总蛋白(24 h UTP)及尿微量清蛋白(24 h mALB)的变化。观察肾组织病理改变,并对各组肾组织进行RNA-seq测序。结果:与模型组比较,中药组和卡托普利组可以显著下调糖尿病肾病大鼠FBG、TC、TG、LDL-C、Scr、BUN、24 h UTP、24 h mALB等水平,而HDL-C无明显变化;与卡托普利组之间比较,中药组FBG、TC、TG、LDL-C明显下降,HDL-c、Scr、BUN、24 h UTP、24 h mALB均无明显差别。与模型组比较,中药组和卡托普利组均可以显著改善糖尿病肾病大鼠的肾脏病理学变化。转录组测序结果显示模型组对比正常组与中药组对比模型组转录本中基因总量接近,其中表达差异最明显的双向调控基因共筛选出10个;京都基因与基因组百科全书(KEGG)前20条显著富集通路分析显示模型组对比正常组与中药组对比模型组共同作用的信号通路有代谢相关通路及cAMP信号通路。结论:活血降糖饮联合二甲双胍能改善糖尿病肾病大鼠的糖脂代谢紊乱,减少尿白蛋白的排泄,改善肾功能和肾脏病理改变,延缓糖尿病肾病病情进展,其作用机制可能是通过Cftr、Pdk4、Angptl4、Hmgcs2等多靶点介导多通路实现的。

基于转录组测序技术研究道地药材当归同源基因

目的:通过转录组测序技术全方位、深层次挖掘甘肃岷县当归的基因组资源,并进行当归同源基因分析,为当归栽培、品种鉴定、加工、配伍及保健品开发提供理论支撑。方法:岷县现场采集当归样品,并经专家鉴定为当归品种(angelica sinensis(oliv.)diels)。采用RNA plant Plus方法提取岷归头、岷归尾的总RNA,质量鉴定合格后构建测序文库。测序文库检测合格后在Illummina HiSeq 2000测序仪上完成双端测序。采用相关生物信息学分析软件,实现研究目标。结果:①通过转录组测序技术,获取了63585个当归表达序列标签(EST),构建了当归的基因组。②在UniProt(date:2012.09)数据库中注释的30432个当归基因,分布于939种物种;其中序列分布频率较高的前5种物种为葡萄、蓖麻、毛果杨、大豆、苜蓿属。结论:当归基因组研究处于起步阶段,亟待深入研究。已注释基因主要分布于目前研究较深入的5种重要经济植物,成为当归制剂与保健品开发的分子生物学基础。

基于转录组测序技术研究川芎嗪对急性脊髓损伤模型大鼠基因表达的影响

目的:探讨川芎嗪对急性脊髓损伤(SCI)模型大鼠基因表达的影响。方法:将雄性SD大鼠随机分为假手术组(A组,6只),模型组(B组,不同时间点各6只,共12只)和川芎嗪干预组(C组,不同时间点各6只,共12只)。B、C组大鼠参照改良Allen’s法复制急性SCI模型。造模后,C组大鼠腹腔注射川芎嗪100 mg/kg,A、B组大鼠腹腔注射等容生理盐水,每日1次,持续7 d或14 d(分别记为B7 d、B14 d组和C7 d、C14 d组)。分别于造模前和造模后7、14 d对各组大鼠进行BBB评分,并行脊髓标本苏木精-伊红、尼氏染色观察;采用转录组测序技术分析A组与B组、B组与C组大鼠脊髓标本中的差异表达基因(DEGs),借助基因本体(GO)数据库和KEGG数据库进行GO和KEGG信号通路富集分析。结果:与A组比较,B组大鼠造模后7、14 d的BBB评分均显著降低(P<0.05),其脊髓组织中的神经细胞和尼氏体数量明显减少;与B组比较,C组大鼠上述时间点的BBB评分均显著升高(P<0.05),其脊髓组织中的神经细胞和尼氏体数量有所增多。A组和B7 d组、A组和B14 d组、B7 d组和C7 d组、B14 d组和C14 d组大鼠的DEGs分别有886、1404、70、66个,组间表达变化趋势相反的基因包括Ncmap、Prx、Gabrq、Gabrg2等。各组间DEGs富集的细胞部位、分子功能、生物学过程各有不同,主要涉及溶泡、溶酶体、质膜部分、同型蛋白结合、免疫应答、离子通道活性、免疫反应(A组和B组),基底外侧质膜、外脱氧核糖核酸酶活性、对干扰素γ的反应(B7 d组和C7 d组),以及细胞外区、受体调节活性、含酚化合物代谢过程(B14 d组和C14 d组)等;同时,DEGs富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用(A组和B组),细胞黏附分子、补体和凝血级联、Hedgehog信号通路(B7 d组和C7 d组),逆行内源性大麻素信号、神经活性配体-受体相互作用、过氧化物酶体增殖物激活受体信号通路、γ-氨基丁酸(GABA)能突触(B14 d组和C14 d组)等信号通路。结论:川芎嗪对急性SCI模型大鼠的保护作用可能与其参与炎症反应、免疫应答/调节、离子通道、细胞因子-细胞因子受体相互作用、神经活性配体-受体相互作用、GABA能突触活性调节等有关。

高通量转录组测序技术在克罗诺杆菌毒力基因研究中的应用进展

克罗诺杆菌(Cronobacter)是一种兼性厌氧的革兰氏阴性菌,会引起婴幼儿脑膜炎等多种疾病,严重危害人类健康。高通量转录组测序技术是一种具体测定各基因表达量的测序方法,不仅可以全面研究全新的转录本,还能获得更准确、详细的研究结果。本文综述了近年来高通量转录组测序技术在克罗诺杆菌新毒力因子相关基因的发现、毒力基因表达量与菌株毒力间的变化关系,以及不同时间段上毒力基因表达量的差异方面的研究成果,并展望该技术在克罗诺杆菌毒力研究中的应用前景,以期为克罗诺杆菌的研究方法、防控防治提供意见和建议。

单细胞转录组测序技术在炎症性肠病中的研究进展

炎症性肠病(IBD)为病因复杂的慢性非特异性肠道炎症,其具体的发病机制仍不完全清楚。随着高通量测序技术的不断更新和发展,其中基于单细胞水平的单细胞转录组测序技术的应用大大推进了对IBD发病机制、治疗等的认识。本文就近年单细胞转录组测序技术在IBD中的研究进展作一综述,以期为IBD发病机制的深入了解以及新药物的开发提供指导。

基于转录组测序技术分析山药蛋白防治糖尿病性勃起功能障碍的作用机制

目的:研究山药蛋白(DOT)防治糖尿病性勃起功能障碍(DIED)的潜在作用机制。方法:采用高糖高脂饲料+腹腔注射链脲佐菌素(40 mg/kg)的方法复制DIED大鼠模型。实验设置正常对照组(生理盐水),模型组(生理盐水),DOT低、中、高剂量组(0.3、0.6、0.9 mg/kg)和西地那非组(阳性对照,4.4 mg/kg),每组9只大鼠。在糖尿病模型已建立成功、开始诱导DIED发生的阶段,各组大鼠开始灌胃相应溶液,每天1次,连续11周。测定大鼠体质量、空腹血糖(FPG)值、勃起次数、勃起率、空腹胰岛素(FINS)、胰岛素抵抗指数(IR)以及阴茎海绵体组织中内皮型一氧化氮合酶(eNOS)、环磷酸鸟苷(cGMP)含量,以评价DOT对DIED模型大鼠的干预作用。选择30 mmol/L葡萄糖诱导48 h建立高糖损伤小鼠海绵体内皮细胞(MCECs)模型,并给予125、250、500μg/mL DOT进行干预,然后检测细胞活力,以评价DOT对高糖损伤MCECs的影响。继而采用转录组测序技术分别筛选正常MCECs与高糖损伤MCECs、高糖损伤MCECs与250μg/mL DOT处理的MCECs中的差异表达基因,对差异表达基因进行基因本体(GO)功能富集分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析;分析两组细胞间共同的差异表达基因,并选择6个关键基因在mRNA水平上进行验证。结果:不同剂量DOT对DIED模型大鼠体质量降低、FINS和IR升高、勃起次数减少、勃起率降低以及阴茎海绵体组织中eNOS、cGMP含量降低均有不同程度的逆转作用,其中高剂量DOT作用后DIED模型大鼠的上述指标变化均被显著逆转(P<0.05或P<0.01)。125、250、500μg/mL DOT均可显著提高高糖损伤MCECs的活力(P<0.05或P<0.01)。转录组测序结果表明,与正常MCECs比较,高糖损伤MCECs中共有48个差异表达基因;与高糖损伤MCECs比较,DOT处理的MCECs中共有779个差异表达基因;两组差异表达基因在生物学过程注释中均以细胞过程为主、在细胞组分注释中均以细胞部分为主、在分子功能注释中均以绑定分子功能为主,并主要富集在细胞外基质受体相互作用通路、错配修复通路、磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)信号通路等。在两组差异表达基因中,共得到Aldh1a1、Abcc5、Tac1等13个共同的差异表达基因,DOT均可显著回调高糖损伤MCECs中上述共同差异表达基因的表达。经验证,DOT可以显著逆转高糖损伤MCECs中关键基因TGF-β3、Txnip、Aldh1a1、Loxl1、Mt1、Mt2的mRNA表达。结论:DOT对DIED模型大鼠的症状具有改善作用;其作用机制可能与抑制纤维化、降低氧化应激等生物学途径,从而改善海绵体内皮功能有关。

基于转录组测序技术初步筛选内蒙古特禀体质人群的差异表达基因

目的运用转录组测序技术研究内蒙古地区特禀体质与平和体质人群差异基因的表达,以期从分子水平探讨中医特禀体质的成因、特征及相关过敏性疾病的发生机制。方法对2015年9月～2016年9月内蒙古医科大学第一附属医院、通辽市医院以及巴彦淖尔市医院体检中心的受检者进行流行病学调查,筛选祖辈三代均生活在内蒙古地区的特禀体质和平和体质人群为研究对象,各取10例受试者外周血进行转录组测序,对所得高表达基因进行qPCR验证来反映部分差异表达基因及其相关通路与特禀体质的相关性。结果与平和体质比较,特禀体质的所有下调基因中,HLA-DRB1、HLA-DRB5和HLA-DQA2均富集在哮喘通路上;Toll样受体2(TLR2)差异表达基因富集在与特禀体质关系密切的TLR信号通路上。qPCR验证发现特禀体质CPNE3基因相对表达量明显高于平和体质,差异有统计学意义(P <0.05)。结论 HLAⅡ类基因与特禀体质密切相关且在特禀体质中差异表达;基因TLR2参与的TLR信号通路体现了过敏性疾病的信号传导机制可能与特禀体质密切相关;CPNE3基因表达在特禀体质和平和体质中存在差异,提示两种体质间基因表达可能存在一定差异,但仍需进一步研究。

转录组测序技术在精神分裂症中的研究应用

精神分裂症(SCZ)是一类严重的精神疾病,可严重影响患者的认知能力、社会沟通能力。由于SCZ是一种多基因疾病,其致病机制目前尚未明确。转录组测序(RNA-seq)技术是研究基因结构、基因差异表达和功能的重要研究手段,能够一次性对几十万到几百万的脱氧核糖核酸分子进行序列测定,更加有效地提供生物转录信息。本文主要围绕RNA-Seq的技术原理、技术特点以及其在SCZ相关研究中的应用进行综述,以期为SCZ的研究提供新思路。

基于转录组测序与定量PCR技术挖掘北沙柳株型相关候选基因

为构建北沙柳株型分子辅助育种体系实现高效定向育种,采用水培群体转录组测序与野外训练群体定量PCR分析相结合的方法,以RNA-Seq分析中的基因表达量(FPKM值)与冠高比(株型特征值)的相关系数作为预测值,探讨北沙柳株型相关候选基因挖掘技术。结果表明,北沙柳冠高比与FPKM值间存在相关性,在水培预测群体和野外训练群体中保持基本一致的趋势。文献中已报道的株型(或者分枝)相关基因(TAC 2、LAZY 1b、ZFP 4、TB 1、SPA 2、ABF 2和PYL 1)的预测值在0~0.6,ATX 1、RFK 1和FHY 1基因(未报道与株型相关)的预测值较高(0.6~1.0),按照“基因个数最少,相关系数最高”的原则,选择双基因组合ATX1+FHY 1作为鉴别北沙柳株形的基因。将形态学、转录组学作为一个整体来挖掘株型性状相关基因是本研究特色,研究结果也可为其他植物、其他性状的分子辅助育种提供理论基础。

单细胞转录组学测序技术的发展和挑战

单细胞转录组测序技术为表征细胞异质性,解析复杂的生物系统提供了强大的工具;生物医学研究的进一步发展不断地向该技术提出新的需求。经过过去十年的飞速发展,该技术的灵敏度在逐渐提高,并且通量发生了巨大的飞跃,也实现了全转录组和全长转录本测序。本文主要介绍单细胞测序技术的发展,在灵敏度提升,通量提高和实现全转录组测序和全长转录本测序上面临的技术挑战。我们也提出未来需要开发更优的单细胞转录组测序技术,开发自动化单细胞测序仪器,并需要将该技术与空间组学和多组学测序技术更好的结合。

基于转录组测序探索腺苷脱氨酶1对宫颈癌细胞的调控机制

目的使用RNA-seq技术分析腺苷脱氨酶1(ADAR1)在宫颈癌Hela细胞株中对基因表达的调控情况,并为揭示ADAR1在宫颈癌发生和进展中的作用提供理论依据。方法对正常和ADAR1敲低的Hela细胞株进行RNA-seq测序,筛选出差异表达基因。通过KEGG Pathway、GO cellular和GSEA富集分析,分析ADAR1在Hela细胞株中参与的相关信号通路和生物学过程。结果差异表达基因主要富集在免疫和炎症相关信号通路(如TNF-α/NF-κB、NIK/NF-κB、Jak/Stat-IL-6)、Hippo信号通路、TGF-β等信号通路上,参与了干扰素应答、细胞氨基酸代谢调控、蛋白质泛素化/去泛素化、病毒转录等生物过程;对NF-κB信号通路的相关基因进行深入分析后发现,ADAR1敲低后,NF-κB1和TRAF5的mRNA表达水平明显升高(P<0.05)。结论ADAR1可能通过调控NF-κB信号通路相关因子的表达,进而调控宫颈癌的发生和发展。

空间转录组技术解析大脑皮层分子特征

随着对自我认同、意识、情绪等脑认知问题,以及对如抑郁症、老年痴呆症等脑疾病的关注度大幅度提高。解析大脑皮层不同脑区的细胞类型及其组织架构,是理解大脑神经元及神经网络工作原理的必经之路。哺乳动物的大脑皮层发挥着感知认知、意识运动、学习记忆等多种功能,这主要靠不同脑区复杂的神经元连接发挥着作用,要了解其中的机制,解析大脑皮层不同脑区的细胞类型组成是最基本的研究工作。随着高通量测序技术的发展,尤其是2020年华大基因公司发布的空间转录组测序技术的诞生[],使得大脑的细胞研究从化学和物理水平向生物分子水平跨越了一大步。

基于转录组测序技术研究当归与5种重要经济作物的序列相似性

【目的】基于转录组测序技术研究当归与5种重要经济作物的序列相似性,为当归栽培、鉴定、加工、配伍及开发提供理论支持。【方法】岷县现场采集当归样品,并经专家鉴定为当归品种[Angelica sinensis(oliv.)diels]。采用RNA plant Plus方法提取岷归头、岷归尾的总RNA,质量鉴定合格后构建测序文库。测序文库检测合格后在Illummina HiSeq 2000测序仪上完成双端测序。采用相关生物信息学分析软件,实现研究目标。【结果】通过转录组测序技术,获取了63 585个当归表达序列标签(EST),并在UniProt(date:2012.09)数据库中注释了30 432个当归基因,均分布于939种物种;其中序列分布频率较高的前5种物种分别为葡萄、蓖麻、毛果杨、大豆、苜蓿属。【结论】已注释基因主要分布于目前研究较深入的5种重要经济植物,成为当归制剂开发的分子生物学基础。

单细胞转录组测序技术在细胞分类中的应用

多细胞有机体的细胞类型多且复杂,细胞间普遍存在异质性。目前,单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术是一项新兴的研究单个细胞转录水平的技术,其从数千个平行的细胞中生成转录谱,揭示个体细胞基因组的差异性表达,反映细胞间的异质性,从而鉴定出不同细胞类型,形成组织或器官的细胞图谱,在生物和临床医学等领域发挥重要作用。该文在对scRNA-seq测序平台进行阐述和比较的基础上,着重介绍其在神经系统和免疫系统细胞类型探索中的应用,并且总结scRNA-seq与空间转录组技术相结合的研究成果。

单细胞转录组测序技术在头颈癌中应用的研究进展

头颈癌(head and neck cancer,HNC)具有较高的瘤内异质性,即转录、遗传和表观遗传学均存在明显差异。研究表明,肿瘤内的异质性对癌症的预后有着十分重要的意义。近10年来,随着单细胞转录组测序技术(single cell RNA-sequencing,scRNA-seq)的飞速发展,为研究肿瘤异质性提供了重要的信息。该技术可从单个细胞层面识别肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)中不同的细胞群,从而获得特定微环境下的细胞序列差异,为研究HNC的发病机制及治疗提供了新的方向。目前,通过scRNA-seq已经对HNC的异质性及免疫细胞与癌细胞之间的关系有了创新性了解。这些研究结果必将引导着临床治疗,促进HNC个性化和精准治疗的发展。因此,本综述旨在介绍scRNA-seq,并讨论该技术在HNC领域中的研究进展。

基于CRISPR的单细胞转录组测序技术研究进展

基于CRISPR的单细胞转录组测序技术是将单细胞转录组测序技术与CRISPR集中筛选技术结合,用于研究传统技术无法完成的细胞异质性、细胞谱系追踪、细胞互作及空间位置、药物作用靶点预测和鉴定等。本文简单比较了六种最常用的单细胞转录组测序技术,重点介绍了五种基于CRISPR的单细胞转录组测序技术及应用研究,并对其推广应用所面临的挑战作出了分析,旨在为单细胞转录组测序技术的应用及创新提供参考。