4、RNA测序技术(RNAsequencing，RNA-seq)
RNA 测序技术(RNA-seq)新一代高通量基因组测序仪的迅 速发展(Solexa，454 GS-FLX，SOLiD，tSMS)不仅给基组 领域带来革命性的突破，同时也给转录组检测方法带来 重大革新。采用类似SAGE 技术和MPSS 技术的理念，新 一代高通量基因组测序仪可以通过测定细胞全部转录产 物序列，通过序列比对得到最后的转录组，一个新的测 定转录组的“RNA 测序”法出现了，该技术称为RNA 测 序技术(RNA-seq)。RNA-seq技术可以提供更多信息，可 以得到用基因芯片难以得到的转录可变剪接序列；该技 术对低表达基因的检测更加准确，并且可以定量确定转 录水平。
2、转录组学
研究生物细胞中转录组的发生和变化规 律的科学就称为转录组(transcriptomics)。 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。
3、相关知识
（1）四大组学
五、参考文献
【1】转录组研究新技术：RNA-Seq 及其应用 祁云霞, 刘永斌, 荣威 恒 遗传HEREDITAS (Beijing) 2011 年11 月, 33(11): 1191―1202 ISSN 0253-9772 【2】转录组与蛋白质组的比较研究进展 吴松峰、朱云平、贺福初 生 物化学与生物物理进展2005；32（2） 【3】转录组平台技术及其在代谢工程中的应用 史硕博、陈涛、赵学 明 生物工程学报Chin J Biotech 2010, September 25; 26(9): 1187−1198 Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1000-3061 【4】转录组学平台技术及其在植物抗逆分子生物学中的应用 付畅、黄 宇 生物技术通报2012年第六期 【5】A new RNASeq-based reference transcriptome forsugar beet and its application in transcriptome-scale analysis of vernalization and gibberellin responses Mutasa-Gotgens et al. BMC Genomics 2012
RNA-Seq 实验流程图
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RNA-Seq 技术优势
1 (1)数字化信号；直接测定每个转录本片段序列,单核
苷酸分辨率的精确度,可以检测单个碱基差异、基因家 族中相似基因以及可变剪接造成的不同转录本的表达, 同时不存在传统微阵列杂交的荧光模拟信号带来的交 叉反应和背景噪音问题,能覆盖信号超高的动态变化范 围。 (2)高灵敏度：能够检测到细胞中少至几个拷贝的稀有 转录本。(3)任意物种的全基因组分析；无需预先设计 特异性探针, 因此无需了解物种基因信息,能够直接对 任何物种进行转录组分析,这对非模式生物的研究尤为 重要,例如Wang等、Xiang等和 Vera等利用RNA-Seq技 术分别对白粉虱、海鲈鱼和蝴蝶转录组进行了研究。 同时能够检测未知基因,发现新的转录本,并精确地识 别可变剪切位点及cSNP,UTR 区域。
通过对物种的转录组进行描述，能够对理解物种的生物 学和生物化学的各个方面提供新的信息。虽然药用植物有效 成分的化学和药理学研究已经具有良好的基础，但是在天然 活性成分生物合成途径和调控方面研究还很薄弱。目前，该 领域的研究主要集中在长春花、青蒿、红豆杉和甘草等少数 物种，这些研究多采用单基因研究策略。例如Collu G.等将 候选细胞色素 P450 基因转化长春花的悬浮细胞，验证了其 具有10-香叶醇羟化酶的催化功能； SekiH. 等利用昆虫外源 体内共表达和酵母体外表达检验酶活的方法鉴定了甘草中的 三萜甘草酸合成关键酶基因； Wildung MR & Croteau R. A生物合成中的关键酶 TaxadieneSynthase 基因
转录组学研究技术及 其应用
目录：
• 一、转录组简介 • 二、主要技术及其原理 • 三、与蛋白质组研究进展比较 • 四、转录组学应用 • 五、参考文献
一、转录组简介
• 1、概念 • 2、转录组学 • 3、相关知识

1、概念
遗传学中心法则表明 , 遗传信息在精密 的调控下通过信使RNA(mRNA)从DNA传递到蛋 白质。因此,mRNA 被认为是DNA与蛋白质之 间生物信息传递的一个“桥梁” , 而所有表 达基因的身份以及其转录水平, 综合起来被 称作转录组(Transcriptome)。转录组是特 定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下 转录出来的所有RNA的总和,主要包括mRNA和 非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)。
【6】转录组学在药用植物研究中的应用 吴琼、孙超、陈士林、罗红梅、 李滢、孙永珍、牛云云 世界科学技术—中医药现代化-专题讨论： 中药资源研究的前沿技术 2010 第十二卷第三期
四、转录组学应用
1、转录组在代谢工程领域的应用 2、转录组学在药用植物研究中的应用 3、转录组学在植物细胞特性的改造方面的应用
1、转录组在代谢工程领域的应用
动物细胞系目前已经 被广泛用于蛋白质药物等 产品的大量生产上，利用 动物细胞表达蛋白其优势 在于有助于蛋白质正确折 叠、组装并进行翻译后的 修饰，目标蛋白质可正常 行使其功能。转录组分析 在减少细胞代谢负担、控 制细胞贴壁性、调控细胞 生长活性等方面都有成功 的应用
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2、转录组学在药用植物研究中的应用
目前， 1/3 以上的临 床用药来源于植物提取物 或其衍生物。随着分子生 物学向各个学科领域的渗 透及蛋白质组学和生物信 息学的应用，阐明药用植 物天然活性成分生物合成 途径及其关键酶，实现关 键酶基因的克隆与体外高 效表达，利用现代生物技 术手段及次生代谢工程， 大规模生产药用植物的有 效成分将成为未来发展方 向之一。
代谢组学研究进展
二、主要技术及其原理
1、基因芯片技术(Microarray) 2、基因表达系列分析技术(Serialanalysis of gene expression，SAGE) 3、大规模平行测序技术(Massively parallel signature sequencing，MPSS) 4、RNA测序技术(RNAsequencing，RNA-seq)。
3、转录组学在植物细胞特性的改造方面的应用
植物的生长发育及产量与外界环境密切相关，通过代谢工 程手段可以显著提高植物对环境胁迫的抗性，保护植物免受 外界环境的不良影响。Seki 等对拟南芥转录组分析，得到了 44 个受干旱诱导基因以及 19 个受冷诱导的基因，其中有12 个基因被确定为植物胁迫应答的重要调节因子 CBF/DREB(Crepeat-binding-factor/dehydration-responsive-elementbinding) 的靶基因。这些靶基因的确认对深入认识植物产生 环境胁迫抗性的机理具有重要意义。Benedict 等将拟南芥的 冷胁迫应答转录因子CBF1 转入杨树，使其冷耐受性明显增强， 同时发现杨树中受拟南芥CBF1 调控的基因与拟南芥中相应基 因具有高度一致性。该研究指出CBF/DREB1冷调控机制可增强 植株对多种逆境的抵抗性
基因组 转录组
奥解 秘释 的人 四类 大生 组老 学病 死
蛋白质组
代谢组
（2）基因组学
基因组学（英文genomics），研究生物基因组 和如何利用基因的一门学问。用于概括涉及基因 作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。 该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用， 试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。
基因芯片原理图
2、基因表达系列分析技术(SAGE) 基因表达系列分析技术 技术是一种 基于测序技术、开放式的、快速高效的分 析细胞基因表达状态的方法，该技术不需 任何基因序列的信息，能够全局性地检测 所有基因的表达水平。
3、大规模平行测序技术 ( MPSS) MPSS 技术是对 SAGE 技术的改进，但其原理都 是基于短标签测序 ( Tagbased sequencing)的方法。 MPSS 技术可获得更长的短 标签，因而精度更高；此 外，MPSS 技术特有的微球 荧光测序可直接高通量读 出序列，简化了测序过程。
RNA-Seq 原理
把上述高通量测序技术应用到由mRNA 逆转录 生成的 cDNA 上 , 从而获得来自不同基因的 mRNA 片段在特定样本中的含量 , 这就是 mRNA 测序或 mRNA-Seq, 同样原理, 各种类型的转录本都可以 用深度测序技术进行高通量检测, 统称作RNA-Seq。 该技术[3]首先将步 , 直接对RNANA 片段化后再 反转录), 在cDNA 两端加上接头利用新一代高通 量测序仪测序, 直到获得足够的序列 , 所得序列 通过比对 ( 有参考基因组 ) 或从头组装 (de novo assembling)(无参考基因组)形成全基因组范围的 转录
基因组发展趋势图
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（3）蛋白质组学
蛋白质组学（proteome）一词，源于蛋白质 （ protein ）与基因组（ genome ）两个词的杂合，意指 “一种基因组所表达的全套蛋白质”，即包括一种细胞乃 至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是 在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水 平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋 白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全 面的认识，这个概念最早是在1995年提出的。蛋白质组的 研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种 疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径
（4）代谢组学 代谢组学(metabonomics／metabolomics)是效 仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体 内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生 理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物 学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量 1000 以内的小分子物质。先进分析检测技术结合 模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学 研究的基本方法。