转录组学生物技术一班隗浩然201120131172一、转录组学的概念转录组学的概念•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。是在整体水平上研究细胞基因转录情况及转录调控规律的科学。二、生产背景•首先提出转录组是指特定细胞在某一功能状态下全部表达的基因总和,代表了每一个基因的身份和表达水平同一细胞在不同的生长时期及生长环境下,基因表达情况是不完全相同的,具有特定的空间。能够提供全部基因的表达调节系统和蛋白质的功能相互作用的信息转录组学研究作为一种整体的方法,改变了单个基因的研究模式,将基因组学研究带入了高速发展的时代三、研究方法–微阵列(microarray)–SAGE–MPSS(一)微阵列是大规模基因组表达谱研究的主要技术•大规模表达谱或全景式表达谱(globalexpressionprofile):是生物体(组织、细胞)在某一状态下基因表达的整体状况。•微阵列或基因芯片(DNAchip):利用光导化学合成、照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术,在固相表面合成成千上万个寡核苷酸探针,并与放射性同位素或荧光物标记的来自不同细胞、组织或整个器官的DNA或mRNA反转录生成的第一链cDNA进行杂交,然后用特殊的检测系统对每个杂交点进行定量分析。HybridizationWashingScancy5channelScancy3channel“Overlayimages”Quantifypixelintensities.CellpopulationACellpopulationBRNAextractionAABBReversetranscriptionAABBKlenowlabelincorporationSampleBlabelledwithcy3dyeSampleAlabelledwithcy5dyeExperimentaloverview:(二)焦磷酸测序•焦磷酸测序酸测序运用较为广泛。Gilbert等[10]运用GS-FLX焦磷酸测序技术对一个随机获取的复杂海洋微生物群落的全部mRNA进行分析并挖掘出一些新的高表达序列基因。在宏转录组学的研究中,焦磷酸测序运用较为广泛。Gilbert等[10]运用GS-FLX焦磷酸测序技术对一个随机获取的复杂海洋微生物群落的全部mRNA进行分析并挖掘出一些新的高表达序列基因。(三)MPSS是以基因测序为基础的基因表达谱分析新技术•MPSS的原理:一个含有能够特异识别转录子的信息标签序列(10~20bp)与长的连续分子连接在一起,测出mRNA的一端包含一个10至20个碱基的标签序列。每一标签序列在样品中的频率(拷贝数)代表了与该标签序列相应的基因表达水平。基因表达水平是以计算mRNA拷贝数为基础,是一个数字表达系统。只要将病理和对照样品分别进行测定,即可进行严格的统计检验,能测定表达水平较低、差异较小的基因,而且不必预先知道基因的序列。四、研究技术(一)构建cDNA文库并测序(二)基因表达序列分析技术Serialanalysisofgeneexpression(SAGE)(三)利用DNAchip可以比较不同的转录组(四)大规模平行信号测序系统MPSS(massivelyparallelsignaturesequencing,MPSS)。五、特点•转录组的特点:受到内外多种因素的调节,因而是动态可变的。能够揭示不同物种、不同个体、不同细胞、不同发育阶段及不同生理病理状态下的基因差异表达信息。六、应用•1、共生体系中的应用焦磷酸测序技术对沿海双壳软颚芒哈与其体内的硫杆共生菌总RNA约160万个序列(500Mbp)进行测序•2、肠道微生物研究中的应用Gosalbes等[19]运用454技术对10位健康人的肠道微生物群落cDNA进行测序,通过16SrRNA分析微生物群落的结构和组成,发现厚壁菌门占48生物技术通报BiotechnologyBulletin2012年第12期49.18%,拟杆菌门占31.42%,变形菌门占3.66%,放线菌门占0.4%。宏转录组技术在挖掘新功能基因、新活性酶上的能力远远高于宏基因组技术。•3、在代谢研究中的应用Weckx等提取4个经自然连续发酵10d的小麦样品(D12W、D13W、D12S和D13S)乳酸菌总RNA,并运用乳酸菌功能基因微阵列芯片技术进行宏转录组学研究。,研究发现4个样品不同发酵时间基因转录水平所产生的具功能的编码序列存有差异,对于进一步研究乳酸菌生理代谢等活动具有重要意义。•4、在土壤、海洋生态环境中的应用目前宏转录组学研究大部分仍集中在对海洋与土壤生态环境群落微生物宏转录组的研究中,表1归纳了部分海洋与土壤微生物宏转录组的研究概况。七、展望•转录组学可以直接反应实时环境表达信息,这种研究不仅为微生物资源的开发和利用提供宝贵的信息,而且也为未培养微生物的研究提供了新的思路,具有巨大的生物学意义。随着科学技术的不断发展,转录组学将在微生物群落中发挥越来越重要的作用。