生物信息学课程Bioinformatics第七章转录组学
生物信息学 课程 Bioinformatics 第七章 转录组学
生物信息学课程转录与转录组（TranscriptomeBioinformaticsRNA生物学ENCODE项目估计的基因组中可转录区域的比例100max.FPKMDNA>090vinNTPS口0.1PORORUR0.5-NucleolusRNA804Replicationvirus面-705no70Transeription]DNA10一TRNACoran50trnrnee60100福.rNTPs50050NucleusCytosolRNA99+processing80%mRNA30RibosomalProteirsubunitsAmino acidsAAAACTranslationSL20tactorsIRNAmRNAtransiationKellisetal.Proc.Natl.Acad.Sci.USA111:6131(2014)okodDNARNAProtein司0s1(KellisM.etal.ProcNatlAcadSciUSA2014)
生物信息学 课程 Bioinformatics RNA 生物学 ENCODE项目估计的基因组中可转录区域的比例 转录与转录组（Transcriptome） 1 (Kellis M, et al. Proc Natl Acad Sci U S A, 2014)
生物信息学课程101计划Bioinformatics第七章转录组学第一节转录组学概述
生物信息学 课程 Bioinformatics 第七章 转录组学 ——第一节 转录组学概述
生物信息学课程1转录组学概述Bioinformatics1.1转录组学的研究对象2.2转录组学的研究方法3.3特殊测序建库方法福4.41单细胞和空间转录组学技术术3
3 生物信息学 课程 Bioinformatics 1. 转录组学的研究对象 2. 转录组学的研究方法 3. 特殊测序建库方法 4. 单细胞和空间转录组学技 术 1 转录组学概述
生物信息学课程1.1转录组学的研究对象Bioinformatics转录组学：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科学，包括解析mRNA、非编码RNA（non-codingRNA，ncRNA）等各种转录产物的生物合成、转运、降解等生物学过程；注释基因的转录结构和剪接模式，构建与分析转录调控网络：发掘RNA剪接、修饰与调控规律等。PromoterS'UTRProtein coding region'UTRStartStopTerminatoDNATramcriotionEsonPremRNAPost-transcriptionmodificationAtaHRNTranslationProtein12r各个层级的编码基因转录本RNASIZ非编码RNA转录产物4
4 生物信息学 课程 Bioinformatics 转录组学：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科学，包括解析mRNA、非编码 RNA（noncoding RNA，ncRNA）等各种转录产物的生物合成、转运、降解等生物学过程；注释基因的转录结构和剪接模式，构建 与分析转录调控网络；发掘RNA剪接、修饰与调控规律等。 各个层级的编码基因转录本 非编码RNA转录产物 1.1 转录组学的研究对象
生物信息学课程1.1转录组学的研究对象Bioinformatics编码mRNA及功能?mRNA是编码区的转录产物，由编码区(codingregion)--从起始密码子AUG开始经一连串编码氨基酸的密码子直至终止密码子、5端上游非编码区（5'UTR）、3端下游非编码区（3UTR）组成，负责将DNA中存储的遗传信息翻译成功能性蛋白质。mRNA于1989年首次被提出作为一种治疗方法，可用于治疗自身免疫、代谢和呼吸道炎症以及癌症等疾病。在新冠流行期间，也开发了有效的COVID-19mRNA疫苗。NApolyMessengerRNA(mRNA)5https://www.genome.gov/genetics-qlossary/messenger-rna
5 生物信息学 课程 Bioinformatics 编码mRNA及功能 mRNA是编码区的转录产物，由编码区(coding region)-从起始密码子AUG开始经一连串编码氨基酸的密码子直至终止 密 码子、5’端上游非编码区(5’UTR)、3’端下游非编码区(3’UTR)组成，负责将 DNA 中存储的遗传信息翻译成功能性蛋白质。 mRNA 于 1989 年首次被提出作为一种治疗方法，可用于治疗自身免疫、代谢和呼吸道炎症以及癌症等疾病。在新冠流 行期间，也开发了有效的 COVID-19 mRNA 疫苗。 https://www.genome.gov/genetics-glossary/messenger-rna 1.1 转录组学的研究对象
生物信息学课程1.1转录组学的研究对象Bioinformatics非编码RNA及分类非编码RNA（ncRNA）是指任何可以不被翻译成蛋白质而发挥作用的RNA分子最终转录产物为非编码RNA的DNA序列通常被称为非编码基因或非编码RNA基因。procesied.transcriptenseintranicSHORNAINMNRNA2Nsense_overlappingSnFNA3othenPubMed数据库中"non-codingmisCRNAprotein_codiog34%RNA"相关研究的数量变化。linCRNA126
6 生物信息学 课程 Bioinformatics PubMed 数据库中“non-coding RNA”相关研究的数量变化。 非编码 RNA 及分类 • 非编码 RNA（ncRNA）是指任何可以不被翻译成蛋白质而发挥作用的RNA 分子。 • 最终转录产物为非编码 RNA 的 DNA 序列通常被称为非编码基因或非编码 RNA 基因。 1.1 转录组学的研究对象
生物信息学课程1.1转录组学的研究对象Bioinformatics非编码RNA及分类基础结构型ncRNA核糖体RNA（ribosomalRNA，rRNA）转运RNA（transferRNA，tRNA）小核RNA（smallnuclearRNA，snRNA）小核仁RNA（smallnucleolarRNA，snoRNA）端粒相关RNA（telomere-associatedRNA，TERC/TERRA）调控型ncRNAV环状RNA（circularRNA，circRNA）长非编码RNA（longnon-codingRNA，IncRNA）小非编码RNA微小RNA（microRNA，miRNA）小干扰RNA（samllinterferingRNA，siRNA）PIWI相互作用RNA（PIWI-interactingRNA，piRNA）非编码RNA类型
7 生物信息学 课程 Bioinformatics 非编码 RNA 及分类 ➢ 基础结构型ncRNA • 核糖体 RNA（ribosomal RNA，rRNA） • 转运 RNA（transfer RNA，tRNA） • 小核 RNA（small nuclear RNA，snRNA） • 小核仁RNA（small nucleolar RNA，snoRNA） • 端粒相关RNA（telomere-associated RNA，TERC/TERRA） ➢ 调控型ncRNA • 环状RNA（circular RNA，circRNA） • 长非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA） • 小非编码RNA 微小RNA （microRNA，miRNA） 小干扰RNA（samll interfering RNA，siRNA） PIWI 相互作用 RNA （PIWI-interacting RNA，piRNA） 非编码RNA类型 1.1 转录组学的研究对象
生物信息学课程1.2转录组学的研究方法Bioinformatics转录组学技术是用于研究生物体转录组（其所有RNA转录本的总和，包括非编码RNA）的技术。基因芯片M>RNA-seq从生物体中提取mRNA，将其分解并复制成稳定的双链cDNA。使用高通量二代短读测序方法对ds-cDNA进行测序。然后可以将这些序列与参考基因组序列比对，以重建正在转录的基因组区域第三代测序（TGS），长读长技术简化从头基因组组装的过程，无需组装或使用复杂的生物信息学工具即可识别全长转录本三代测序技术：纳米孔测序Sulcervarants(AthanasopoulouK,etal.Life(Basel),202.1)二代测序技术(LoweR,etal.PLoSComputBio.2017)
生物信息学 课程 Bioinformatics 三代测序技术:纳米孔测序 (Athanasopoulou K, et al. Life (Basel), 2028 1) 二代测序技术 (Lowe R, et al. PLoS Comput Bio, 2017) 1.2 转录组学的研究方法 转录组学技术是用于研究生物体转录组（其所有 RNA 转录本的总和，包括非编码RNA）的技术。 ➢ 基因芯片 ➢ RNA-seq • 从生物体中提取 mRNA，将其分解并复制成稳定的双链 cDNA。使用高通量、 二代短读测序方法对 ds-cDNA 进行测序。然后可以将这些序列与参考基因 组序列比对，以重建正在转录的基因组区域。 • 第三代测序 (TGS) ，长读长技术简化从头基因组组装的过程，无需组装或使 用复杂的生物信息学工具即可识别全长转录本
生物信息学课程1.2转录组学的研究方法Bioinformatics（一）细胞解离mINA（二）RNA提取→（三）RNA富集或其他RNA去除RNAfragments一般生物体中的RNA中，rRNA占绝大多数。在人体中，ESTUbrarmRNA一般只占到2%。根据研究目的进行RNA类型的筛选。wnaapteATCACAGTGGACTCCATAAATTT（四）片段化与cDNA合成CCAGCAGAACGAGAShort.seiquence nradSGACACAGTCCATGAAACATTAAAGTCAAACAATATGA与miRNA、piRNA、siRNA和许多其他可以在接头连接后直接测序的小RNA不同，较大的RNA分子必须片段化为较小的片段(200-500bp)才能与大多数深度测序技术兼容。对于不CodiExonicreadi同测序技术，要处理成的片段长度不尽相同。unctionreadpoly(A) end readMappedseguencefead（五）建库与文库质检一旦合成cDNA，就可以按照DNA建库流程去进行文库制备和质检。（六）平台测序Nucleotidepotitior.(WangZ,etal.NatRevGenet,2009)
9 生物信息学 课程 Bioinformatics (Wang Z, et al. Nat Rev Genet, 2009) （一）细胞解离 （二）RNA提取 （三）RNA富集或其他RNA去除 一般生物体中的RNA中，rRNA占绝大多数。在人体中， mRNA一般只占到2%。根据研究目的进行RNA类型的筛选。 （四）片段化与cDNA合成 与miRNA、piRNA、siRNA和许多其他可以在接头连接后 直接测序的小RNA不同，较大的RNA分子必须片段化为较小 的片段(200-500 bp)才能与大多数深度测序技术兼容。对于不 同测序技术，要处理成的片段长度不尽相同。 （五）建库与文库质检 一旦合成cDNA，就可以按照DNA建库流程去进行文库制 备和质检。 （六）平台测序 1.2 转录组学的研究方法