基于高通量测序的数字基因表达谱技术研究进展.pdf

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1、·专题综述·北方园艺２０１５（１０）：１７０～１７６ＤＯＩ：１０．１１９３７／ｂｆｙｙ．２０１５１００４３基于高通量测序的数字基因表达谱技术研究进展张渝，刘玉洁，郭丹妮，李惠敏，秦新民（广西师范大学生命科学学院，珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室，广西桂林５４１００４）摘要：数字基因表达谱（ｄｉｇｉｔａｌｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇ，ＤＧＥ）是一种全面、快速地检测某一物种特定组织在特定状态下基因表达情况的高通量测序技术。通过对基因表达谱的生物信息学搜索、比较和分析，可从中获取基因转

2、录、基因调控、信号转导通路、蛋白质功能等相关信息。该研究主要介绍了数字基因表达谱的原理以及在生物学和医学研究等方面的应用。关键词：数字基因表达谱；高通量测序技术；差异表达基因中图分类号：Ｑ３４３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－０００９（２０１５）１０－０１７０－０７数字基因表达谱（ｄｉｇｉｔａｌｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇ，序和分析流程，经过生物信息均一化后比较不同样本间ＤＧＥ）是指通过构建处于某一特定状态下的细胞或组织各种标签条数，找出差异表达标签。的非偏性ｃＤＮＡ文库，大规模ｃＤＮＡ测

3、序，收集ｃＤＮＡ序列片段、定性、定量分析其ｍＲＮＡ群体组成，从而描绘该特定细胞或组织在特定状态下的基因表达种类和丰［１］度信息。该技术可以全面、经济、快速地检测某一物种特定组织在特定状态下的基因表达情况，通过生物信息学搜索、查询、比较和分析，人们可从中获取基因的转录水平、样品间差异基因的表达模式、编码蛋白质的功能以及相互联系等信息。目前研宄基因表达谱的技术主要有基因芯片和高［２］通量测序等，与基因芯片相比，数字基因表达谱是一种以新一代高通量测序为基础，对标签直接进行测序的技术，更适用于检测基因低丰度转录以及基

4、因细微变化。因此，已被广泛应用于基础科学研究、医学研究和药物研发等领域。图１ＤＧＥ技术原理１数字基因表达谱的试验流程和原理Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｉｇｉｔａｌｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅ数字基因表达谱（ＤＧＥ）技术的基本原理（图１）是利ＤＧＥ得到的差异表达的标签经过图像识别、碱基用对ｍＲＮＡｓ经反转录所得ｃＤＮＡｓ进行双酶切，使得一识别、数据量产出的统计等处理后，将得到数据进行试条ｍＲＮＡ得到一个相对应的标签，而后进入高通量测验饱和度分析、基因表达量的确定、差异

5、表达基因的检测、差异基因表达模式聚类分析、基因Ｏｎｔｏｌｏｇｙ功能显第一作者简介：张渝（１９８７－），女，硕士研究生，研究方向为植物基著性富集分析、Ｐａｔｈｗａｙ显著性富集分析、蛋白相互作用因组学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１２９００３７３５１＠ｑｑ．ｃｏｍ．网络分析、新转录本预测（图２）。最后，通过样品间的对责任作者：秦新民（１９５６－），男，教授，现主要从事植物分子生物学比，得到基因的差异表达结果。在具有参考基因组的物等研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｍｑｉｎ＠ｍａｉｌｂｏｘ．ｇｘｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．种和一些没有参考基

6、因组但有单一基因序列集数据库基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１３６０４７７）；广西教育厅资助项目（２０１３ＹＢ０３６）。的物种中，可以直接进行ＤＧＥ的应用，而在既没有参考收稿日期：２０１５－０１－２６基因组又没有单一基因序列集数据库的物种中，需要先１７０北方园艺２０１５（１０）：１７０～１７６·专题综述·采用ＲＮＡ－ｓｅｑ技术构建一个本物种的单一基因序列集制，包括破坏宿主细胞的先天免疫反应、抗凋亡和抗发数据库，用作ＤＧＥ所得标签的对比参考数据库。炎能力。受病毒诱导后表达上调的早期炎性相关细胞因子、趋化因

7、子、粘附分子、发炎相关酶蛋白、发炎细胞、抗体以及补体等很可能导致了Ｎ－ＰＲＲＳＶ感染过程中发炎响应机制的发生和发展。罗非鱼是全世界重要的淡水养殖鱼类。链球菌性的疾病已经严重威胁罗非鱼水产养殖业的发展，但是，到目前为止还没有有效地抑制和控制罗非鱼感染链球［８］菌导致的疾病的方法。Ｚｈｏｎｇ等采用ＲＮＡ－Ｓｅｑ技术和数字基因表达谱技术研究罗非鱼感染链球菌前后转录组的变化，７７４个ｕｎｉｇｅｎｅｓ表达上调，６２５个ｕｎｉｇｅｎｅｓ表达下调。ＧＯ、ＫＥＥＧ分析发现１７２个差异表达的基因与免疫应答有关且涉及１７个信号通

8、路，ＴＬＲ和ＮＬＲ信号通路是识别革兰氏阳性致病菌重要的信号通路。ＴＬＲ是跨膜蛋白，它识别ＰＡＭＰｓ，启动宿主天然的免疫应答机制并形成抵抗该病原菌的获得性免疫。成年的图２ＤＧＥ信息分析流程斑马鱼感染海鱼分枝杆菌８周后ＴＬＲ１和ＴＬＲ２的表达Ｆｉｇ．２Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒ量增加。免疫应答相关的差异表达基因的鉴定和信号ｄｉｇｉｔａｌｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓ