温带和热带莲根状茎形成过程中的转录组分析
Transcriptomic Analysis of the Regulation of Rhizome Formation in Temperate and
Tropical Lotus (Nelumbo nucifera )
研究对象：莲根状茎
期刊：Scientific Reports
影响因子：5.578
合作单位：中国科学院武汉植物园
发表时间：2015年7月
摘 要
Rhizome is the storage organ of lotus derived from modified stems. The development of rhizome is a complex process and depends on the balanced expression of the genes that is controlled by environmental and endogenous factors. However, little is known about the mechanism that regulates rhizome girth enlargement. In this study, using RNA-seq, transcriptomic analyses were performed at three rhizome developmental stages—the stolon, middle swelling and later swelling stage —in the cultivars ‘ZO’ (temperate lotus with enlarged rhizome) and ‘RL’ (tropical lotus with stolon). About 348 million high-quality reads were generated, and 88.5% of the data were mapped to the reference genome. Of 26783 genes identified, 24069 genes were previously predicted in the reference, and 2714 genes were novel transcripts. Moreover, 8821 genes were differentially expressed between the cultivars at the three stages. Functional analysis identified that these genes were significantly enriched in pathways carbohydrate metabolism and plant hormone signal transduction. Twenty-two genes involved in photoperiod pathway, starch metabolism and hormone signal transduction were candidate genes inducing rhizome girth enlargement. Comparative transcriptomic analysis detected several differentially expressed genes and potential candidate genes required for rhizome girth enlargement, which lay a foundation for future studies on molecular mechanisms underlying rhizome Formation.
关键词
根状茎；变态发育； DGE 研究背景
莲根状茎，即莲藕，作为一种变态茎，是莲
的贮藏器官。根状茎的发育是一个复杂的过
程，受到与环境及内源因素调控的基因平衡
表达的影响。关于根状茎膨大的调控机制很
少为人所知。
植物
3、对差异基因进行GO 和KEGG 富集，大多数差异基因显著富集到4个GO term 中。多数差异基因被富集到次级代谢，蔗糖代谢，碳代谢等代谢通路中。
4、发现已报道的根状茎生长相关的光周期基因PHYB,CO,GI,FT 的同源基因在温带及热带莲根状茎中存在不同表达模式；已报道的与淀粉合成相关酶SUS,UGPase,AGPase,GBSS,SSS 等的同源基因在温带及热带莲根状茎中存在差异表达；大量的激素信号转导、激素合成、激素响应蛋白以及激素转运蛋白如GA,ABA,CTK,JA 等被鉴定出在不同的类别中存在差异表达。
研究结果
1、所有文库的reads 比对参考基因组后，发现2714个新转录本，其中1186个基因被成功注释到GO 生物学过程中的9个亚类中。
2、比较热带莲三个发育阶段的根状茎，分别发现1688，4208，4795个差异基因；比较温带莲三个发育阶段的根状茎，分别发现3206，6360，5535个差异基因。比较三个发育阶段中温带和热带两种莲，共发现10299个差异基因。对所有差异基因进行聚类，共聚为8类（图1）。
图1 差异表达基因维恩图及聚类图
图2 与淀粉合成相关基因的表达模式热图，与激素信号转导相关基因的表达模式热图
参考文献
Mei Yang, Lingping Zhu, Cheng Pan, et al. Transcriptomic Analysis of the Regulation of Rhizome
Formation in Temperate and Tropical Lotus (Nelumbo nucifera). Sci Rep, 2015, 513059.
提升CO2的浓度可增强小球藻的碳代谢从而提高脂质堆积
Elevated CO2 improves lipid accumulation by increasing carbon metabolism in Chlorella sorokiniana 研究对象：小球藻
期刊：Plant Biotechnology journal
影响因子：5.752
合作单位：江苏省农科院
发表时间：2015年5月
摘 要
Supplying microalgae with extra CO2 is a promising means for improving lipid production. The molecular mechanisms involved in lipid accumulation under conditions of elevated CO2, however, remain to be fully elucidated. To understand how elevated CO2 improves lipid production, we performed sequencing of Chlorella sorokiniana LS-2 cellular transcripts during growth and compared transcriptional dynamics of genes involved in carbon flow from CO2 to triacylglycerol. These analyses identified the majority genes of carbohydrate metabolism and lipid biosynthesis pathways in C. sorokiniana LS-2. Under high doses of CO2, despite down-regulation of most de novo fatty acid biosynthesis genes, genes involved in carbohydrate metabolic pathways including carbon fixation, chloroplastic glycolysis, components of the pyruvate dehydrogenase complex (PDHC) and chloroplastic membrane transporters were upexpressed at the prolonged lipid accumulation phase. The data indicate that lipid production is largely independent of de novo fatty acid synthesis. Elevated CO2 might push cells to channel photosynthetic carbon precursors into fatty acid synthesis pathways, resulting in an increase of overall triacylglycerol generation. In support of this notion, genes involved in triacylglycerol biosynthesis were substantially up-regulated. Thus, elevated CO2 may influence regulatory dynamics and result in increased carbon flow to triacylglycerol, thereby providing a feasible approach to increase lipid production in microalgae.
关键词
小球藻LS-2；碳水化合物代谢
研究背景
给微藻提供额外的CO2是一种提高脂质产量的有效途径。但是在CO2升高时脂质堆积的分子机制并不清楚。本文通过对小球藻LS-2进行转录组测序研究了从CO2到甘油三酯碳流过程中基因的动态变化揭示了CO2升高过程中脂质堆积的分子机制。
方法流程
植
物研究结果
1、通过RNA-seq的手段，对高剂量CO2和正常空气下培养的小球藻进行转录组测序，通过转录本拼接
共得到22,432个unigene，N50长度1,680 bp，并通过基因功能注释鉴定出了很多与糖代谢和脂质合成途
径相关的基因（图1）。
图1 拼接得到22432个unigene的GO功能分类
图2 KEGG分类（左）和高剂量CO2 VS 空气下小球藻差异表达基因（右）
参考文献
Sun Z, Chen Y F, Du J. Elevated CO2improves lipid accumulation by increasing carbon metabolism in Chlorella sorokiniana [J]. Plant biotechnology journal, 2015, pp.1-10.
2、在高剂量CO2下，尽管大部分脂肪酸从头合成基因下调，但是参与碳水化合物代谢途径的基因，如
碳固定、叶绿体糖酵解、丙酮酸脱氢酶复合物的成分（PDHC）和叶绿体膜转运相关的基因，均在长期的脂质
积累阶段上调（图2）。这些数据表明，脂质生产很大程度上独立于脂肪酸的从头合成。
3、CO2浓度的升高可能会推动细胞将光合碳前体引入脂肪酸合成途径，从而整体增加甘油三酯的合成。
参与甘油三酯合成的基因大幅上调就证明了这一观点。因此CO2浓度的提高会影响动态调控，并导致更多的
碳转化成甘油三酯，从而为提升小球藻脂类产量提供了可行的办法。
转录组分析揭示了黄瓜中微管相关基因的作用和转录因子在果实长度方面的调控作用
Transcriptomic analysis reveals the roles of microtubule-related genes and transcription factors in fruit length regulation in cucumber (Cucumis sativus L.)研究对象：正常株和突变株的早期果实
期刊： Scientific Reports
影响因子：5.578
合作单位：中国农业大学
发表时间：2015年1月
摘 要
Cucumber (Cucumis sativus L.) fruit is a type of fleshy fruit that is harvested immaturely. Early
fruit development directly determines the final fruit length and diameter, and consequently the fruit yield and quality. Different cucumber varieties display huge variations of fruit length, but how fruit length is determined at the molecular level remains poorly understood. To understand the genes and gene networks that regulate fruit length in cucumber, high throughout RNA-Seq data were used to compare the transcriptomes of early fruit from two near isogenic lines with different fruit lengths. 3955 genes were found to be differentially expressed, among which 2368 genes were significantly up-regulated and 1587 down-regulated in the line with long fruit. Microtubule and cell cycle related genes were dramatically activated in the long fruit, and transcription factors were implicated in the fruit length regulation in cucumber. Thus, our results built a foundation for dissecting the molecular mechanism of fruit length control in cucumber, a key agricultural trait of significant economic importance.
关键词
黄瓜；果实长度；RNA-seq；微管；细胞周期
研究背景
黄瓜是一种全球性的蔬菜作物，具有重要
的经济及营养价值。作为一种新鲜肉质蔬菜，
黄瓜收获于开花后的两周左右。开花后，果实
迅速生长，最后伸长到最终的长度。这一过程
中，细胞分裂和细胞扩张起到至关重要的作用。
同时，不同品种的黄瓜在最终长度上也具有很
大的差异。因此，黄瓜果实的早期发育对于黄
瓜的产量和质量具有重大影响。果实长度作为
一个重要的农艺性状，对于黄瓜中控制果实长
度的分子机制的研究，具有重大的理论意义和
经济价值。
植
物
研究结果
1、两个不同长度的黄瓜的基因表达比较
通过差异基因分析，发现了3955个差异基因，其中2368个上调，1587个基因下调。
2、RT-PCR 验证转录组
随机选取20个差异基因，其中14个表达量较高，而6个表达量较低，表达变化与转录组数据相符，其中相关性分析R2为0.945，表明转录组数据高度可靠。
3、微管和细胞分裂相关细胞参与果实长度调控。
4、转录因子参与果实长度控制。
图1 408和409两种黄瓜的果实长度比较
图3 408系果实中低表达基因的130个转录因子家族分类图2 GO 富集
参考文献
Jiang L, Yan S, Yang W, et al. Transcriptomic analysis reveals the roles of microtubule-related genes and transcription factors in fruit length regulation in cucumber (Cucumis sativus L.) [J]. Scientific reports, 2015, 5：8031.
mRNA 和small RNA 测序揭示新合成异源六倍体小麦的杂种优势的动态部分同源调控
mRNA and small RNA transcriptomes reveal insights into dynamic homoeolog regulation of allopolyploid heterosis in nascent hexaploid wheat
研究对象：新合成异源六倍体小麦
期刊：The Plant Cell
影响因子：9.338
合作单位：中国农业科学院作物科学研究所
发表时间：2014年5月
摘 要
Nascent allohexaploid wheatmay represent the initial genetic state of common wheat (Triticum aestivum), which arose as a hybrid between Triticum turgidum(AABB) and Aegilops tauschii (DD) and by chromosome doubling and outcompeted its parents in growth vigor and adaptability. To better understand the molecular basis for this success, we performed mRNA and small RNA transcriptome analyses in nascent allohexaploid wheat and its following generations, their progenitors, and the natural allohexaploid cultivar Chinese Spring, with the assistance of recently published A and D genome sequences. We found that nonadditively expressed protein-coding genes were rare but relevant to growth vigor. Moreover, a high proportion of proteincoding genes exhibited parental expression level dominance, with genes for which the total homoeolog expression level in the progeny was similar to that in T. turgidum potentially participating in development and those with similar expression to that in Ae. tauschii involved in adaptation. In addition, a high proportion of microRNAs showed nonadditive expression upon polyploidization, potentially leading to differential expression of important target genes. Furthermore, increased small interfering RNA density was observed for transposable element–associated D homoeologs in the allohexaploid progeny, which may account for biased repression of D homoeologs. Together, our data provide insights into small RNA–mediated dynamic homoeolog regulation mechanisms that may contribute to heterosis in nascent hexaploid wheat.
关键词
新合成异源六倍体小麦；RNA-seq； sRNA-seq；杂种优势
研究背景
染色体组多倍化在植物增强长势、适应环境等方面具有重要作用，在弥补杂交后代不育及固化“杂种优势”方面具有独特的价值。多倍体植物中有多种重要的经济作物，如粮食作物小麦为六倍体（2n=6X=42，AABBDD），纤维植物棉花为四倍体（2n=4X=52，AADD），产油植物油菜为四倍体（2n=4X=38，AACC），烟碱植物烟草为四倍体（2n=4X=48，AABB）等。因此，解析染色体组多倍化对作物性状形成的作用机制具有重大的科研与生产价值。
小麦属于禾本科植物，是世界分布最广的粮食作物。本研究通过以四倍体小麦（T. turgidum, AABB）为母本，以山羊草（Ae. tauschii, DD）为父本，在自然杂交后经染色体加倍合成了一个新的异源六倍体小麦（AABBDD），其长势和适应性等方面均超过其亲本。新合成的异源六倍体小麦可看作是普通小麦（T. aestivum）的最初遗传状态，是研究异源杂交后代杂种优势形成机理的良好材料。
植
物
研究结果
1、新合成异源六倍体小麦绝大部分基因表现为加性表达，而只有少部分的基因表现为非加性，基因的非加性表现出非常强的发育时期特异性，与生长势密切相关。
2、新合成异源六倍体小麦中很高一部分基因表现出亲本显性表达，基因的亲本显性表达不同组织存在差别，显性基因富集的GO 类别也存在差异(图
1）。
图1 不同组织基因的亲本显性表达和显性基因GO 富集
图2 miRNA 与其差异表达靶基因的相关性参考文献
Li A, Liu D, Wu J, et al . mRNA and small RNA transcriptomes reveal insights into dynamic homoeolog regulation of allopolyploid heterosis in nascent hexaploid wheat[J]. The plant cell, 2014, 26(5): 1878-1900.
5、siRNA 类别的稳定性可能与新合成异源六倍体小麦基因组稳定性密切相关，差异表达的siRNA 很可能通过表观修饰调控新合成异源六倍体小麦部分同源基因的表达。
3、部分同源基因的表达模式在新合成异源六倍体小麦中可能与亲本保持一致，也可能不同甚至相反。
4、miRNA 的丰度随着倍性的增加逐渐下降，miRNAs 和靶基因相关性分析表明miRNAs 直接作用新合成异源六倍体小麦的ELD 编码基因，miRNA 与其靶基因的差异表达呈负相关（图2）。新合成异源六倍体小麦中非加性表达的miRNA 也同样表现出亲本显性表达（图3），miRNA 的表达敏感性与生长势和适应性密切相关。
图3 非加性表达miRNA 与亲本显性表达miRNA 的等级聚类分析及两者的关联
方法流程
TDCPP 对四膜虫生长繁殖的抑制作用与核糖体相关Effects of tris(1,3-dichloro-2-propyl) phosphate (TDCPP) in Tetrahymena Thermophila : targeting the ribosome
研究对象：四膜虫
期 刊： Scientific Reports
影响因子：5.578
合作单位：华中农业大学
发表时间：2015年5月
摘 要
Tris(1,3-dichloro-2-propyl) phosphate (TDCPP) has been frequently detected in the environment, and exposure to TDCPP appears widespread. It has been implicated to cause toxicity in vertebrates, but its potential to affect lower-trophic-level species remains unknown. In the present study, the ciliated protozoan, Tetrahymena thermophila, was used as a model to evaluate toxic effects of TDCPP and explore molecular mechanisms by integrating phenotypic observation, RNA-Seq and transmission electron microscopy (TEM) Imaging technologies. Exposure to 0.01, 0.1 or 1 μM TDCPP for 5 days significantly decreased the relative biomass by reducing number of cells, size of cells and quantity of cilia in a dose-dependent manner. RNA-Seq analysis demonstrated that expression of twenty-one ribosome protein genes was down-regulated and these genes were enriched in “ribosome” term in KEGG pathway analysis. Furthermore, down-regulation of genes expressing ribosome proteins was accompanied by decreased ribosome quantity in rough endoplasmic reticulum and cytoplasm and enlarged ribosome size. Therefore, taken together, the data from the present study suggest that exposure to TDCPP affects growth and reproduction of Tetrahymena thermophila by targeting the ribosome. This information might provide insights into critical mechanisms of toxic action in other species and lead to useful bioindicators of exposure to TDCPP .
关键词
四膜虫；TDCPP；ribosome 研究背景
伴随现代化工产业进步，环境中高分子有
机化合物残存日趋严重，磷酸三(2,3-二氯丙
基)酯(TDCPP)作为阻燃剂，常能够在水体、
土壤等自然环境中检出，生物体与TDCPP 接
触在所难免。其对脊椎动物的毒性已有报道，
但在低等生物中的影响尚待研究。
研究结果
RNA-seq 分析发现TDCPP 处理组与对照组有409个差异基因,其中72个差异基因表达上调,337个差异基因表达下调。KEGG 通路分析表明,富集最显著的是核糖体通路相关基因,该通路中有21个核糖体蛋白基因显著下调（图1）。
参考文献
Li J, Giesy J P , Yu L, et al . Effects of tris (1, 3-dichloro-2-propyl) phosphate (TDCPP) in Tetrahymena Thermophila
: targeting the ribosome [J]. Scientific reports, 2015, 5: 10562.
图1 显著富集的KEGG 通路
一、生物信息分析流程 获得原始测序序列(Sequenced Reads)后，在有相关物种参考序列或参考基因组的情况下，通过如下流程进行生物信息分析： 二、项目结果说明 1 原始序列数据 高通量测序(如illumina HiSeq TM2000/MiSeq等测序平台)测序得到的原始图像数据文件经碱基识别(Base Calling)分析转化为原始测序序列(Sequenced Reads)，我们称之为Raw Data或Raw Reads，结果以FASTQ(简称为fq)文件格式存储，其中包含测序序列(reads)的序列信息以及其对应的测序质量信息。 FASTQ格式文件中每个read由四行描述，如下： @EAS139:136:FC706VJ:2:2104:15343:197393 1:Y:18:ATCACG GCTCTTTGCCCTTCTCGTCGAAAATTGTCTCCTCATTCGAAACTTCTCTGT + @@CFFFDEHHHHFIJJJ@FHGIIIEHIIJBHHHIJJEGIIJJIGHIGHCCF 其中第一行以“@”开头，随后为illumina 测序标识符(Sequence Identifiers)和描述文字(选择性部分)；第二行是碱基序列；第三行以“+”开头，随后为illumina 测序标识符(选择性部分)；第四行是对应序列的测序质量(Cock et al.)。 illumina 测序标识符详细信息如下：
第四行中每个字符对应的ASCII值减去33，即为对应第二行碱基的测序质量值。如果测序错误率用e表示，illumina HiSeq TM2000/MiSeq的碱基质量值用Q phred 表示，则有下列关系： 公式一：Q phred = -10log 10 (e) illumina Casava 1.8版本测序错误率与测序质量值简明对应关系如下： 2 测序数据质量评估 2.1 测序错误率分布检查 每个碱基测序错误率是通过测序Phred数值(Phred score, Q phred )通过公式1转化得到，而Phred 数值是在碱基识别(Base Calling)过程中通过一种预测碱基判别发生错误概率模型计算得到的，对应关系如下表所显示： illumina Casava 1.8版本碱基识别与Phred分值之间的简明对应关系 测序错误率与碱基质量有关，受测序仪本身、测序试剂、样品等多个因素共同影响。对于RNA-seq技术，测序错误率分布具有两个特点： (1)测序错误率会随着测序序列(Sequenced Reads)的长度的增加而升高，这是由于测序过程中化学试剂的消耗而导致的，并且为illumina高通量测序平台都具有的特征(Erlich and Mitra, 2008; Jiang et al.)。 (2)前6个碱基的位置也会发生较高的测序错误率，而这个长度也正好等于在RNA-seq 建库过程中反转录所需要的随机引物的长度。所以推测前6个碱基测序错误率较高的原因为随机引物和RNA模版的不完全结合(Jiang et al.)。测序错误率分布检查用于检测在测序长度范围内，有无异常的碱基位置存在高错误率，比如中间位置的碱基测序错误率显着高于其他位置。一般情况下，每个碱基位置的测序错误率都应该低于0.5%。 图2.1 测序错误率分布图
温带和热带莲根状茎形成过程中的转录组分析 Transcriptomic Analysis of the Regulation of Rhizome Formation in Temperate and Tropical Lotus (Nelumbo nucifera ) 研究对象：莲根状茎 期刊：Scientific Reports 影响因子：5.578 合作单位：中国科学院武汉植物园 发表时间：2015年7月 摘 要 Rhizome is the storage organ of lotus derived from modified stems. The development of rhizome is a complex process and depends on the balanced expression of the genes that is controlled by environmental and endogenous factors. However, little is known about the mechanism that regulates rhizome girth enlargement. In this study, using RNA-seq, transcriptomic analyses were performed at three rhizome developmental stages—the stolon, middle swelling and later swelling stage —in the cultivars ‘ZO’ (temperate lotus with enlarged rhizome) and ‘RL’ (tropical lotus with stolon). About 348 million high-quality reads were generated, and 88.5% of the data were mapped to the reference genome. Of 26783 genes identified, 24069 genes were previously predicted in the reference, and 2714 genes were novel transcripts. Moreover, 8821 genes were differentially expressed between the cultivars at the three stages. Functional analysis identified that these genes were significantly enriched in pathways carbohydrate metabolism and plant hormone signal transduction. Twenty-two genes involved in photoperiod pathway, starch metabolism and hormone signal transduction were candidate genes inducing rhizome girth enlargement. Comparative transcriptomic analysis detected several differentially expressed genes and potential candidate genes required for rhizome girth enlargement, which lay a foundation for future studies on molecular mechanisms underlying rhizome Formation. 关键词 根状茎；变态发育； DGE 研究背景 莲根状茎，即莲藕，作为一种变态茎，是莲 的贮藏器官。根状茎的发育是一个复杂的过 程，受到与环境及内源因素调控的基因平衡 表达的影响。关于根状茎膨大的调控机制很 少为人所知。
首页 科技服务 医学检测 科学与技术 市场与支持 加入我们 关于我们 安徽医科大学研究人员携手诺禾致源重测序团队，通过对2种刚地弓形虫的全基因组重测序变异检测研究， 从基因组水平解释了2种虫株产生表型差异的原因，为弓形虫病的治疗和疫苗研发提供了理论依据。 该研究成果发表于2015年10月的BMC Genomics杂志（IF: 3.986）。 研究背景 刚地弓形虫（Toxoplasma gondii Nicolle&Manceaux, 1908）寄生于人和许多种动物的有核细胞，但只能在猫科动物的肠道内繁衍，能够引起人畜共患的弓形虫病。与北美和欧洲群体遗传结构不同，Chinese 1 (ToxoDB#9)是中国的弓形虫优势基因型。在Chinese 1型弓形虫中，Wh3（强毒株）和Wh6（弱毒株）对小鼠表现出了不 同的毒力。本研究拟通过全基因组重测序技术，从基因组水平探究两种虫株表型及致病性差异的原因。 研究结果 1 SNP、indel检测及注释与参考基因组比对发现，Wh3中共有505,856个SNPs，30,004个indels；Wh6中共有505,654个SNPs，30,658个indels。进一步分析两样本特有变异，发现Wh3中特有SNP和indels分别位于2847和2452个基因中，Wh6中特有SNP和indels分别位于2868和2613个基因中（图1，图3）。 图1 SNPs、indels的对比分析及分布情况统计 注：a为SNP韦恩图；b为indels韦恩图；c为SNP突变型分布情况；d为编码区indels长度分布情况 图2 CNVs（左）和SVs（右）的分布情况统计 图3 Wh3 （左）和Wh6（右）的全基因组变异情况 图4 I、II、III型弓形虫与Chinese 1型弓形虫的ROP16和GRA15序列比对分析 图5 三种弓形虫虫株的表达模式分析 NGS项目文章 全基因组重测序探索 探索刚地弓形虫毒力相关基因 BMC Genomics 2 CNV、SV检测及注释与参考基因组比对发现，Wh3中共有2320个SVs，1942个CNVs；Wh6中共有4661个SVs，3080个CNVs。其中，Wh3含有85个片段插入（总长度：282,700bp），2995个片段缺失（总长度：4,940,000 bp）；而Wh6含有90个片段插入（总长度：328,800bp），1852个片段缺失（总长度：7,157,700 bp）（图2，图3）。 3 毒力相关因子的变异信息分析通过对与弓形虫毒力和侵染性相关的一系列关键因子（R O P s 、GRAs、MICs、RONs和SAGs）的变异信息分析，发现与其他影响因子相比，GRA3和RON3的编码基因中含有更多的SNPs和indels；其中，G R A 3编码基因含有35个SNPs和2个indels，RON3编码基因含有89个SNPs和6 个indels。同时，与I、II和III型弓形虫相比，Chinese1型弓形虫的ROP16和GRA15表现为多态性的ROP16I/III 和GRA15 II（图4）。 4 qRT-PCR分析 为探究与Wh3和Wh6表型差异相关的基因，分别对Wh3、Wh6和RH这三种虫株进行qRT-PCR分析。与强毒株Wh3相比，发现在弱毒株Wh6中，GRA3和RON3的基因表达量显著上调，而ROM4, profilin, M2AP, AMA1, RON2, RON3和RON4的基因表达量显著下调。 与参考基因组虫株RH相比，在Wh3和Wh6中的SRS9, ROP8,MIC8和RON5的基因表达量均上调，而SAG1, ROP5和ROP18的基因表达量均下调（图5）。
RNA-Seq名词解释 1.index 测序的标签，用于测定混合样本，通过每个样本添加的不同标签进行数据区分，鉴别测序样品。 2.碱基质量值 （Quality Score或Q-score）是碱基识别（Base Calling）出错的概率的整数映射。碱基质量值越高 表明碱基识别越可靠，碱基测错的可能性越小。 3.Q30 碱基质量值为Q30代表碱基的精确度在99.9%。 4.FPKM（Fragments Per Kilobase of transcript per Million fragments mapped） 每1百万个map上的reads中map到外显子的每1K个碱基上的fragment个数。计算公式为 公式中，cDNA Fragments 表示比对到某一转录本上的片段数目，即双端Reads数目；Mapped Reads(Millions)表示Mapped Reads总数， 以10为单位；Transcript Length(kb)：转录本长度，以kb个碱基为单位。 5.FC（Fold Change） 即差异表达倍数。 6.FDR（False Discovery Rate） 即错误发现率，定义为在多重假设检验过程中，错误拒绝(拒绝真的原(零)假设)的个数占所有被拒绝 的原假设个数的比例的期望值。通过控制FDR来决定P值的阈值。 7.P值（P-value） 即概率，反映某一事件发生的可能性大小。统计学根据显著性检验方法所得到的P 值，一般以P<0.05 为显著，P<0.01为非常显著，其含义是样本间的差异由抽样误差所致的概率小于0.05或0.01。 8.可变剪接（Alternative splicing）
转录组学主要技术及其应用研究 姓名：梁迪 专业：微生物学 年级：2013 学号：3130179 二零一四年六月十五日
转录学主要技术及其应用研究 摘要：转录组(transcriptome)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的集合。转录组学研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构，揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。目前，转录组学研究技术主要包括两种：基于杂交技术的微阵列技术（microarray)和基于测序技术的转录组测序技术，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）、以及RNA 测序技术（RNA sequencing，RNA-seq）。文章主要介绍了以上转录组学主要研究技术的原理、技术特点及其应用，并就这些技术面临的挑战和未来发展前景进行了讨论，为其今后的研究与应用提供参考。 关键词：转录组学；微阵列技术；转录组测序技术；应用 Study on the main technologies of transcriptomics and their application Abstract: The transcriptome is the complete set of transcripts for certain type of cells or tissues in a specific developmental stage or physiological condition. Transcriptome analysis can provide a comprehensive understanding of molecularmechanisms involved in specific biological processes and diseases from the information on gene structure and function. Currently, transcriptomics technology mainly includes microarry -based on hybridization technology and transcriptome sequencing-based on sequencing technology, involving Expression sequence tags technology, Serial analysis of gene expression, Massively parallel signature sequencing and RNA sequencing. The detailed principles, technical characteristics and applications of the main transcriptomics technologies are reviewed here, and the challenges and application potentials of these technologies in the future are also discussed. This will present the useful information for other researchers. Keywords: transcriptomics ; microarray ; transcriptome sequencing; application 随着后基因组时代的到来，转录组学、蛋白质组学、代谢组学等各种组学技术相继出现，其中转 录组学是率先发展起来以及应用最广泛的技术[1]。
陆地棉基因组测序揭示四倍体棉进化与纤维发育机制Sequencing of allotetraploid cotton (Gossypium hirsutum L. acc. TM-1) provides a resource for fiber improvement 研究对象：陆地棉遗传标准系TM-1 期刊：Nature Biotechnology 影响因子：41.514 合作单位：南京农业大学 发表时间：2015年4月 摘 要 Upland cotton is a model for polyploid crop domestication and transgenic improvement. Here we sequenced the allotetraploid Gossypium hirsutum L. acc. TM-1 genome by integrating whole-genome shotgun reads, bacterial artificial chromosome (BAC)-end sequences and genotype-by-sequencing genetic maps. We assembled and annotated 32,032 A-subgenome genes and 34,402 D-subgenome genes. Structural rearrangements, gene loss, disrupted genes and sequence divergence were more common in the A subgenome than in the D subgenome, suggesting asymmetric evolution. However, no genome-wide expression dominance was found between the subgenomes. Genomic signatures of selection and domestication are associated with positively selected genes (PSGs) for fiber improvement in the A subgenome and for stress tolerance in the D subgenome. This draft genome sequence provides a resource for engineering superior cotton lines.关键词 陆地棉；de novo；四倍体 研究背景 陆地棉（Gossypium hirsutum L.）隶属锦葵目（Malvales），锦葵科（Malvaceae），棉属（Gossypium），因最早在美洲大陆种植而得名，是世界上最重要的棉花栽培品种，占全球棉花种植面积的90%以上。尽管陆地棉在棉花产业中占据核心地位，但由于其为异源四倍体，相关的全基因组测序工作一直难以开展。来自南京农业大学、北京诺禾致源、美国德克斯大学的国际团队，利用最新测序技术，成功构建了高质量的陆地棉全基因组图谱，为进一步改良棉花的农艺性状提供了基础，同时也为多倍体植物的形成和演化机制提供了新的启示。
一步一步教你做转录组分析（HISAT, StringTie and Ballgown） 该分析流程主要根据2016年发表在Nature Protocols 上的一篇名为Transcript-level expression analysis of RNA-seq experiments with HISAT, StringTie and Ballgown 的文章撰写的，主要用到以下三个软件：HISAT (https://www.doczj.com/doc/034727184.html,/software/hisat/index.shtml)利用大量FM 索引，以覆盖整个基因组，能够将RNA-Seq的读取与基因组进行快速比对，相较于STAR、Tophat，该软件比对速度快，占用内存少。 StringTie(https://www.doczj.com/doc/034727184.html,/software/stringtie/)能够应用流神经网络算法和可选的de novo组装进行转录本组装并预计表达水平。与Cufflinks等程序相比，StringTie实现了更完整、更准确的基因重建，并更好地预测了表达水平。Ballgown (https://https://www.doczj.com/doc/034727184.html,/alyssafrazee/ballgown)是R语言中基因差异表达分析的工具，能利用RNA-Seq实验的数据(StringTie, RSEM, Cufflinks)的结果预测基因、转录本的差异表达。然而Ballgown并没有不能很好地检测差异外显子，而DEXseq、rMATS和MISO可以很好解决该问题。 一、数据下载Linux系统下常用的下载工具是wget，但该工具是单线程下载，当使用它下载较大数据时比较慢，所以选
转录组ref流程工作手册 一、Reference 流程生物学原理 1.1 实验流程 图一：转录组实验流程 当我们得到样品时，必须对其测序，才能得到分析所需的数据。测序基本过程：提取样品总RNA后，用带有Oligo(dT)的磁珠富集真核生物mRNA（若为原核生物，则用试剂盒去除rRNA后进入下一步）。加入fragmentation buffer将mRNA打断成短片段，以mRNA为模板，用六碱基随机引物（random hexamers）合成第一条cDNA链，然后加入缓冲液、dNTPs、RNase H 和DNA polymerase I 合成第二条cDNA链，在经过QiaQuick PCR试剂盒纯化并加EB缓冲液洗脱之后做末端修复并连接测序接头，然后用琼脂糖凝胶电泳进行片段大小选择，最后进行PCR扩增，使用建好的测序文库进行测序。 得到RNA的序列后，又可以找到它的参考序列（物种本身的基因、基因组）
时，可以用reference流程对数据进行详细的分析。Reference后面所有的流程都是基于参考序列进行的，所以选择正确的参考序列十分重要。 1.2信息分析流程 得到测序序列后，即可利用比对软件，将所测序列比对到参考基因或基因组上，并进行后续分析，信息分析流程图如下： 图二：转录组信息流程 1.2.1原始fq序列简介 测序得到的原始图像数据经base calling转化为序列数据，我们称之为raw data或raw reads，结果以fastq文件格式存储，fastq文件为用户得到的最原始文件，里面存储reads的序列以及reads的测序质量。在fastq格式文件中每个read 由四行描述： @read ID TGGCGGAGGGATTTGAACCC
（内部资料，请勿外传） 动植物转录组 （Transcriptome ） 产品说明书 科技服务体系 动植物研究方向
版本信息： 2011年07月08日
目录 1产品概述 (1) 1.1 什么是转录组测序 (1) 1.2 转录组测序的产品功能 (1) 1.3 转录组测序产品优势 (1) 1.4 转录组测序产品发展史 (1) 1.5 项目执行时间 (3) 1.6 产品交付结果 (3) 2转录组测序研究方法 (4) 2.1 产品策略 (4) 2.2 样品准备 (5) 2.2.1 RNA样品要求 (5) 2.2.2 RNA样品送样标准 (6) 2.2.3 RNA提取的组织用量建议 (6) 2.3 样品运输要求 (7) 2.3.1 样品包装 (7) 2.3.2 样品标识 (8) 2.3.3 样品运输条件 (8) 2.4 文库的构建及测序 (9) 2.4.1 实验流程 (9) 2.4.2 测序及数据处理 (10) 2.5 转录组生物信息学分析 (10) 2.5.1 没有参考序列的转录组De novo (10) 2.5.2 有参考序列的转录组Re-sequencing (18) 2.5.3 参考文献 (24) 3成功案例 (25)
3.1 华大成功案例 (25) 3.2 相关文献解读 (26)
1产品概述 1.1什么是转录组测序？ 转录组测序的研究对象为特定细胞在某一功能状态下所能转录出来的所有RNA的总和，包括mRNA和非编码RNA。转录组测序是指用新一代高通量测序技术对物种或者组织的转录本进行测序并得到相关的转录本信息。 1.2转录组测序的产品功能 1.获得物种或者组织的转录本信息； 2.得到转录本上基因的相关信息，如：基因结构，功能等； 3.发现新的基因； 4.基因结构优化； 5.发现可变剪切； 6.发现基因融合； 7.基因表达差异分析。 1.3转录组测序产品优势 覆盖度高：检测信号是数字信号，几乎覆盖所有转录本； 检测精度高：几十到数十万个拷贝精确计数； 分辨率高：可以检测到单碱基差异，基因家族中相似基因及可变剪切造成的不同转录本的表达； 完成速度快：整个项目周期只需要50个工作日时间； 成本低：基本上每个实验室可以承担相关研究经费。 1.4转录组测序产品发展史 转录组的研究手段大体包括：EST序列构建及研究，芯片研究，运用第二代测序技术研究等。EST是从一个随机选择的cDNA 克隆进行5’端和3’端单一次sanger测序获得的短的cDNA 部分序列,代表一个完整基因的一小部分,在
真核无参转录组生物信息分析结题报告 建库测序流程 Total RNA样品检测 文库构建 上机测序 F:/结题报告+老销售培训/结题报告模板修改/…/真核无参转录组_Report.html 1/38
2/38 F:/结题报告+老销售培训/结题报告模板修改/…/真核无参转录组_Report.html 北京诺禾致源生物信息科技有限公司 一、建库测序流程 从RNA 样品到最终数据获得，样品检测、建库、测序每一个环节都会对数据质量和数量产生影响，而数据质量又会直接影响后续信息分析的结果。为了从源头上保证测序数据的准确性、可靠性，诺禾致源对样品检测、建库、测序每一个生产步骤都严格把控，从 根本上确保了高质量数据的产出。实验流程图如下： 1 Total RNA 样品检测 诺禾致源对RNA 样品的检测主要包括4种方法：(1) 琼脂糖凝胶电泳分析RNA 降解程度以及是否有污染(2) Nanodrop 检测RNA 的纯度（OD260/280比值）(3) Qubit 对RNA 浓度进行精确定量(4) Agilent 2100精确检测RNA 的完整性 2 文库构建及库检 样品检测合格后，用带有Oligo （dT ）的磁珠富集真核生物mRNA （若为原核生物，则通过试剂盒去除rRNA 来富集mRNA ）。随后加入fragmentation buffer 将mRNA 打断成短片段，以mRNA 为模板，用六碱基随机引物（random hexamers ）合成一链cDNA ，然后加入缓冲液、dNTPs 、RNase H 和DNA polymerase I 合成二链cDNA ，随后利用AMPure XP beads 纯化双链cDNA 。纯化的双链cDNA 再进行末端修复、加A 尾并连接测序接头，然后用AMPure XP beads 进行片段大小选择，最后进行PCR 富集得到最终的cDNA 文库。文库构建完成后，先使用Qubit2.0进行初步定量，稀释文库至1ng/ul ，随后使用Agilent 2100对文库的insert size 进行检测，insert size 符合预期后，使用Q-PCR 方法对文库的有效浓度进行准确定量（文库有效浓度 ＞2nM ），以保证文库质量。文库构建原理图如下：
转录组学领域研究进展一览 关键词：Transcriptomics；RNA；RT-PCR；Profiling；Synthesis；Sequencing；Purification；Micro arrays；Extraction 转录组学（tranomics），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，也就是说，转录组学是从RNA水平来研究基因的表达情况。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有RNA的总和，是研究细胞表型和功能的一个重要手段。 本文中，小编对近年来转录组学领域的相关研究进行了盘点，分享给各位！【1】北大教授开发单细胞全转录组测序新技术 2014年4月29日，北京大学生物动态光学成像中心黄岩谊、汤富酬课题组在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表题为“Microfluidic single-cell whole-tranome sequencing”的论文。该研究利用微流控芯片技术实现了高质量单细胞的全转录组测序样品准备，全面提高了单细胞全转录组分析的准确性和可靠性。 细胞是生命活动的基本功能单位，而在生物体内没有任何两个细胞是完全相同的。传统的生命科学与医学研究，绝大多数情况下都是针对混合的大量细胞进行的，无法观察到单个细胞之间细微的差别。近年来不断发展的实验技术，提供了更加定量与客观的证据，表明在许多关键生命过程例如胚胎发育、细胞分化、疾病发生与发展等过程中，特定的单个细胞行为，以及其间的个体化差异与异质性，导致了极其重要甚至是决定性的结果。而之前基于大量细胞平均测量所获得的结果并无法正确反映复杂生物体系的全面真实信息，严重掩盖了独立个体样本的行为以及生命现象中大量存在的随机行为。针对单个细胞的研究，是细胞生命分析技术所追求的极限状态，是对传统技术极大的挑战。 【2】doi：10.1126/science.aaf2403 在一项新的研究中，来自瑞典卡罗琳斯卡研究所和皇家理工学院等机构的研究人员开发出一种新的被称作空间转录组学（spatial tranomics）的高分辨率方法研究一种组织中哪些基因是有活性的。这种方法能够被用于所有类型的组织中，而且在临床前研究和癌症诊断中是有价值的。相关研究结果发表在2016年7月1日那期Science期刊上，论文标题为“Visualization and analysisof gene expression
转录组ref流程工作手册
转录组ref流程工作手册 一、Reference 流程生物学原理 1.1 实验流程 图一：转录组实验流程 当我们得到样品时，必须对其测序，才能得到分析所需的数据。测序基本过程：提取样品总RNA后，用带有Oligo(dT)的磁珠富集真核生物mRNA（若为原核生物，则用试剂盒去除rRNA后进入下一步）。加入fragmentation buffer 将mRNA打断成短片段，以mRNA为模板，用六碱基随机引物（random hexamers）合成第一条cDNA链，然后加入缓冲液、dNTPs、RNase H 和DNA polymerase I合成第二条cDNA链，在经过QiaQuick PCR试剂盒纯化并加EB 缓冲液洗脱之后做末端修复并连接测序接头，然后用琼脂糖凝胶电泳进行片段大小选择，最后进行PCR扩增，使用建好的测序文库进行测序。 得到RNA的序列后，又可以找到它的参考序列（物种本身的基因、基因组）
时，可以用reference流程对数据进行详细的分析。Reference后面所有的流程都是基于参考序列进行的，所以选择正确的参考序列十分重要。 1.2信息分析流程 得到测序序列后，即可利用比对软件，将所测序列比对到参考基因或基因组上，并进行后续分析，信息分析流程图如下： 图二：转录组信息流程 1.2.1原始fq序列简介 测序得到的原始图像数据经base calling转化为序列数据，我们称之为raw data或raw reads，结果以fastq文件格式存储，fastq文件为用户得到的最原始文件，里面存储reads的序列以及reads的测序质量。在fastq格式文件中每个read由四行描述： @read ID TGGCGGAGGGATTTGAACCC
真核mRNA测序是基于HiSeq平台，对真核生物特定组织或细胞在某个时期转录出来的所有mRNA进行测序，既可研究已知基因，亦能发掘新基因，全 面快速地获得mRNA序列和丰度信息。真核mRNA测序方法可以分为：有参考转录组、无参考转录组以及数字基因表达谱（DGE）三大类。 技术参数 案例解析 ［案例一］ mRNA和small RNA转录组揭示新合成异源六倍体小麦杂种 优势的动态部分同源调控 诺禾致源携手中国农业科学院作物科学研究所，利用转录组测序技术，对杂交亲本、新合成异源六倍体小麦的幼苗、穗和种子进行了mRNA和smallRNA测序及信息分析，发现新合成异源六倍体小麦绝大部分基因表现为12类基因表达模式，包括加性表达，少部分的基因表现为非加性，基因的非加性表现出非常强的发育时期特异性，与生长势密切相关；miRNA的丰度随着倍性的增加逐渐下降，新合成异源六倍体小麦中非加性表达的 miRNA也同样表现出亲本显性表 达，miRNA的表达敏感性与生长势和适应性密切相关。该研究揭示了不同倍性 非对等杂种优势的分子基础。 ［案例二］ 磷酸三（2,3-二氯丙基）酯（TDCPP）对四膜虫生长繁殖的 抑制作用与核糖体相关 诺禾携手华中农业大学,利用转录组测序和信息分析技术,研究了TDCPP处理组和对照组差异基因表达,并对差异表达基因进行KEGG通路分析,发现核糖体基因通路显著富集, 同时伴随胞浆和粗面内质网上核糖体数量减少体积增大。这些探索表明四膜虫可以作为TDCPP反应的生物指标，为后续研究TDCPP作用其他生物的毒理机制提供了新视角。 ［案例三］ 转录组揭示寄主植物与宿主之间进行RNA交换的机制 参考文献 菟丝子被称作勒死草，会用被称作吸根的专用器官穿透宿主组织与其建立联系，可以吸取宿主的水份与营养物质，也能吸取RNA(mRNA)分子。本研究分别选取菟丝子和拟南芥及番茄的共生体茎上的三段组织进行转录组学的研究，发现寄生植物与寄主之间mRNA的转移量很大且是一种双向转移的模式；两种宿主相比，更多的拟南芥RNA被转移到菟丝子植物之中，而且菟丝子与拟南芥之间较自由的交换，可表明调节菟丝子吸根选择性的机制可能是宿主特异性的，从而揭示了寄主与宿主之间进行RNA转移的遗传机制。 [1] Li A, Liu D, Wu J, et al . mRNA and small RNA transcriptomes reveal insights into dynamic homoeolog regulation of allopolyploid heterosis in nascent hexaploid wheat [J]. The Plant Cell, 2014: tpc. 114.124388.[2] Jing Li, John P , Giesy, Liqin Yu, et al . Effects of Tris (1,3-dichloro-2-propyl) Phosphate (TDCPP) in Tetrahymena Thermophila: Targeting the Ribosome. Scientific Reports. 2015, 5:10562. [3] Kim G, LeBlanc M L, et al . Genomic-scale exchange of mRNA between a parasitic plant and its hosts [J]. Science, 2014, 345(6198): 808-811. 图1 非加性表达miRNA与亲本显性表达miRNA的 等级聚类分析和两者的关联 图2 显著富集的KEGG通路 图3 菟丝子与拟南芥、番茄转移RNA和非转移RNA的表达和富集分析 样品要求文库类型测序策略数据量类型 分析内容 项目周期 真核有参转录组测序 真核无参转录组测序 6 Gb、8 Gb、10 Gb、12 Gb clean data 6 M clean reads 3 Gb clean data 项目数据至少12 Gb clean data 数字基因表达谱（DGE） HiSeq PE150 HiSeq PE150 HiSeq SE50HiSeq PE125普通转录组文库； 链特异性转录组文库 40天50天30天 35天（有参）45天（无参） RNA样品总量≥1.5 μg； RNA样品浓度≥50 ng/μL 参考基因组比对 新转录本预测可变剪切分析SNP/InDel分析 基因表达水平分析RNA-seq整体质量评估 转录因子注释GO/KEGG富集分析蛋白互作网络分析基因共表达网络构建可视化结果展示 参考转录组拼接 转录本/Unigene长度统计 基因功能注释NR，NT，Swiss Prot GO，KEGG，KOG Protein Family CDS预测分析SNP/SSR分析
川金丝猴全基因组测序解析其植食性机制与进化史 Whole-genome sequencing of the snub-nosed monkey provides insights into folivory and evolutionary history 研究对象：川金丝猴期刊：Nature Genetics 影响因子：29.352 合作单位：中国科学院动物研究所发表时间：2014年11月 摘 要 Colobines are a unique group of Old World monkeys that principally eat leaves and seeds rather than fruits and insects. We report the sequencing at 146× coverage, de novo assembly and analyses of the genome of a male golden snub-nosed monkey (Rhinopithecus roxellana ) and resequencing at 30× coverage of three related species (Rhinopithecus bieti , Rhinopithecus brelichi and Rhinopithecus strykeri ). Comparative analyses showed that Asian colobines have an enhanced ability to derive energy from fatty acids and to degrade xenobiotics. We found evidence for functional evolution in the colobine RNASE1 gene, encoding a key secretory RNase that digests the high concentrations of bacterial RNA derived from symbiotic microflora. Demographic reconstructions indicated that the profile of ancient effective population sizes for R. roxellana more closely resembles that of giant panda rather than its congeners. These findings offer new insights into the dietary adaptations and evolutionary history of colobine primates. 关键词 金丝猴；重测序；植食性；进化 研究背景 金丝猴（Rhinopithecu spp.)隶属于灵长目（Primates）、疣猴亚科（Colobinae）、仰鼻猴属 （Rhinopithecus ） ，目前共有5个种，即川、滇、黔、缅甸和越南金丝猴。通过对金丝猴基因组以及肠道基因组进行全面系统的研究，解析了金丝猴的植食性分子遗传机制，为了解疣猴亚科的系统进化、功能适应性奠定了遗传基础，同时开展了仰鼻猴属的进化历史和遗传多态性分析。
illumina 转录组测序简明实验流程一、实验基本流程图 mRNA Library Construction
二、mRNA建库流程 1.材料准备 1.2. 1.3.
2.样品准备和QC 选择质量合格的Total RNA作为mRNA测序的建库起始样品，其质量要求通过Agilent 2100 BioAnalyzer检测结果RIN≥7，28S和18S的RNA 的比值大于或等于1.5：1，起始量的要求范围是0.1∽1ug。用QUBIT RNA ASSAY KIT对起始的Total RNA进行准确定量。 3.建库实验步骤 3.1.mRNA纯化和片段化 3.1.1.mRNA纯化 纯化原理是用带有Oligod(T)的Beads对Total RNA中mRNA进行纯化。 3.1.2.mRNA片段化 3.2.1st Strand cDNA 合成 3.3.2nd Strand cDNA 合成 根据下表制备反应体系，然后在PCR仪上运行Program3，然后将第2链cDNA合成产物用144uL AMPure XP Beads进行纯化，最后用60μL的Nuclease free water进行重悬，取出 55.5μL以备下一步使用;
3.4.Perform End Repair/dA-tail 3.5.Adaptor Ligation 根据下表制备反应体系，然后在PCR仪上运行Program5、Program6，然后100uL AMPure XP Beads进行纯化后用52.5μL的Resuspension Buffer进行重悬，再用50uL AMPure XP Beads 3.6.PCR扩增 根据下表制备反应体系，然后在PCR仪上运行Program7，然后再45μL用AMPure XP Beads 进行纯化，最后用23μL的Resuspension Buffer进行重悬，取出20μL以备下一步使用；