转录组分析：神经科学的介绍和范例
Transcriptome
Analysis：Introduction
and Examples from the Neurosciences
作者：Alessandro Cellerino，Michele Sanguanini
出版社：EDIZIONI DELLA NORMALE
索书号：Q522/C393t/2018/Y
ISBN：9788876426421
藏书地点：武大外教中心
转录组分析指对细胞内所有转录产物的集合的分析。转录组（transcriptome）广义上指某一生理条件下，细胞内所有转录产物的集合，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码RNA；即在某个物种或特定细胞在某一生理功能状态下，细胞内所有转录的mRNA产物的集合，包含了时间和空间的限定，是连接基因组遗传信息与生物功能的蛋白质组的必然纽带。转录水平的调控是目前研究最多的，也是生物体最重要的调控方式。
转录组测序一般是对用多聚胸腺嘧啶（oligo-dT）进行亲和纯化的RNA聚合酶II转录生成的成熟mRNA和ncRNA进行高通量测序。相对于传统的芯片杂交平台，转录组测序无需预先针对已知序列设计探针，即可对任意物种的整体转录活动进行检测，提供更精确的数字化信号，更高的检测通量以及更广泛的检测范围，是目前深入研究转录组复杂性的强大工具。
转录组概念是最先由Veclaleuc 和Kimzler等人于1997年提出。转录组 (tanscriptome)广义上是指某个组织或细胞在特定生长阶段或生长条件所转录出来的RNA总和，包括编码蛋白质的mRNA和各种非编码RNA，如rRNA、tRNA、snoRNA、snRNA、microRNA及其他非编码RNA等。但狭义上通常以mRNA为研究对象。由转录组的定义可见，其包含了特定的时间和空间限定，这与基因组的概念不同。因此，同组织或细胞在不同生长条件、生长阶段，其转录组是不同的。通过遗传学中心法则我们可以知道，遗传信息的传递是以信使RNA(mRNA)为“桥梁”，从DNA传递到蛋白质。由此可见，转录组的研究不仅可以解释细胞或组织的基因组的功能元件，揭示分子成分，还可以用来认识生物学进程和疾病发生机制。转录组学( transcriptomic)是功能基因组学( Functional Genomic)研究的重要组成部分，是一门在整体水平上研究细胞中所有基因转录及转录调控规律的学科。随着人类基因组计划的完成，科学家也逐渐认识到对基因结构序列的研究仅仅是基因组学研究的一部分，并不能揭示所有的生命奥秘，所以接下来需要解决的问题是:研究这些基因序列的功能参与的生命过程、表达调控方式，以及这些基因在不同的时空条件下的表达差异等。这些问题都需要功能基因组学技术来解决，而转录组学技术是功能基因组学研究的重要组成部分。对基因及其转录表达产物功能研究的功能基因组学，将为疾病控制和新药开发、作物和畜牧品种的改良提供新思路，为人类解决健康问题、食物问题、能源问题和环境问题提供新方法。
在早期，由于测序价格昂贵、基因序列数目有限，转录组学研究者只能进行极少数特定基因的结构功能分析和表达研究。最近十几年，分子生物学技术的快速发展使高通量分析成为可能，这为真正意义上的转录组学的研究奠定了基础。这些高通量研究方法主要可以分为两类: 一类是基于杂交的方法，主要是指微阵列技术(Microarray);一类是基于测序的方法,这类方法包括表达序列标签技术(Expression Sequence Tags Technology EST)、基因表达系列分析技术( Serial analysis of gene expression SAGE)、大规模平行测序技术( Massively parallel signature sequencing MPSS )
RNA测序技术( RNA sequencing RNA-seq)其中，Microarray 和EST技术是较早发展起来的先驱技术，SAGE、MPSS和RNA-seq是高通量测序条件下的转录组学研究方法。转录组学研究有助于了解特定生命过程中相关基因的整体表达情况，进而从转录水平初步揭示该生命过程的代谢网络及其调控机理。
DNA微阵列基本制作原理为大规模集成电路所控制的机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面，有规律地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸“探针”或液相合成探针后由阵列器(arrayer)或机器人点样于固相支持物表面。这些“探针”可与用放射标记物32P 或荧光物如荧光素、丽丝胺等标记的目的材中的DNA或cDNA互补核酸序列相结合，通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后，对杂交结果进行计算机软件处理分析，获得杂交信号的强度及分布模式图。以此反映目的材料中有关基因表达强弱的表达谱。该技术仍以基因连锁、连锁不平衡、限制性长度多态性、可变串联重复序列及单核苷酸多态性标记等基因定位方法为基础，采用分子杂交等多种技术方法为手段，进行遗传作图对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析，是一种高产出的、新的基因分析方法。以尼龙膜为固相支持物的DNA微阵列和以硅片为固相支持物的DNA芯片，二者在原理上相同；仅在支持物及检测手段等方面略有不同。在微阵列里最大的一类DNA microaray根据探针分子的构成又可以分为cDNA微阵列和寡核苷酸微阵列。
转录组分析主要有以下三个应用：
（1）表达差异的研究：1995年Schena等用了48个PCR扩增的cDNA探针点制的微阵列片分析了野生型和转基因的拟南芥中基因表达差异，并与Northern blot作了比较。发现Microarray能够很好的检测到基因表达水平上的差异，并且能够在同一张玻片上使用不同的荧光染料同步进行差异比较。近年来,研究多集中于突变型与野生型、环境胁迫与正常生长型、激素处理与未处理或者不同组织器官之间的比较。Ma等利用寡核苷酸微阵列研究了玉米3个雄性不育突变体和可育植株花药4个发育阶段的基因表达情况，检测到了近9200个正反义转录本。通过比较每个突变体与其可育花药的基因表达差异，筛选到了一大批可能与花药分化相关的重要转录因子和调控因子。oSchena等用人外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表1 046个基因的cDNA微阵列，来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同基因表达的差异。发现有5个基因在处理后存在非常明显的高表达，11 个基因中度表达增加和6个基因表达明显抑制。
(2)寻找可能致病基因或疾病相关基因：Moch等利用肿瘤微阵列芯片发现了肾细胞癌的肿瘤标志物基因，并与正常细胞进行比较，在532 份标本中检测到与胞浆纤维表达有关的一类基因阳性率为51%-61%， 命名为vimentin。追踪观察，有Vimentin 表达的患者，预后极差。
(3)基因点突变及多态性检测：现用于治疗AIDS的药物主要是病毒逆转录酶RI和蛋白酶PRO的抑制剂，但在用药3~12月后常出现耐药,其原因是ri .pro基因产生一个或多个点突变, r基因四个常见突变位点是Asp67- +Asn Lys70→Arg、Thr215- →Phe/Tyr和Lys219→Gln,四个位点均突变较单一位点突变后对药物的耐受能力成百倍增加。如将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片，则可快速地检测待测病人是一个还是多个基因突变，这对指导治疗和预后而具有十分重要的意义。
本书作为研究转录组分析技术的专业书目，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
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4、本书语言浅显易懂，图文并茂，对跨领域学习者有很大的帮助。
本书目录
0．引言
1.关于数据分布及其可视化的入门读物
2.下一代RNA测序
3.RNA测序原始数据处理
4.差异表达基因的检测与分析
5.无偏聚类方法
6.基于知识的聚类方法
7.网络分析
8.中尺度转录组分析
9.微尺度转录组分析
10.单细胞RNA测序策略
11.结论
兰天 武汉大学生命科学学院 硕士研究生