从宏转录组技术及其研究进展 (1)

宏蛋白质组学研究进展及应用吴重德;黄钧;周荣清【摘要】Metaproteomics is a newly emerging technology to investigate the micro-ecosystem in environmental system by proteomic approach,and it has shown powerful functions in the fields of environmental ecosystem.This review summarized the research strategies of metaproteomics and applications in wastewater biotreatment,soil and fermented food.It demonstrated the directions for future research in the field of microbial ecosystems.%宏蛋白质组学是近几年出现的一种应用蛋白质组学方法对环境微生态系统进行研究的一种新技术,已在环境生态领域研究中展示出了强大的功能.文中综述了宏蛋白质组学的研究技术及策略、介绍了其在污水生物处理、土壤及发酵食品微生物群落结构分析中的应用,并对其在环境微生态领域中的研究进行了展望.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】5页(P259-263)【关键词】宏蛋白质组学;二维电泳;环境微生物;微生物群落结构【作者】吴重德;黄钧;周荣清【作者单位】四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065;酿酒生物技术及应用四川省重点实验室,四川自贡,643000;四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065【正文语种】中文人类基因组计划的完成，标志着生命科学研究进入了后基因组时代。

宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展引言：随着环境问题日益严重，环境工程领域的研究和应用也成为了社会关注的焦点。

宏基因组学作为一项前沿的研究技术，已经在环境工程领域得到了广泛的应用。

通过分析环境样品中的大量DNA序列，宏基因组学可以对微生物群落的结构、功能以及与环境的相互关系进行全面细致的研究和探索。

本文将介绍宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展。

一、宏基因组学在环境监测中的应用1. 微生物群落结构的研究宏基因组学可以通过测序环境样品中的16S或18S rRNA基因，揭示微生物群落结构的多样性和组成。

通过比较不同环境样本中的微生物群落差异，我们可以了解微生物在不同环境条件下的分布情况，进而研究微生物间的相互关系以及与环境因子的相关性。

这对于环境保护、生态系统功能维护具有重要意义。

2. 生物地球化学循环的研究宏基因组学可以帮助我们研究生物地球化学循环过程中微生物参与的角色和作用。

通过分析微生物编码的功能基因，我们可以了解微生物的代谢途径、能量来源以及元素循环过程。

例如，通过研究土壤微生物群落的宏基因组，可以了解土壤中的氮、磷循环过程及微生物在其中的作用。

3. 污染物降解的研究宏基因组学可以通过研究微生物的代谢能力和基因组编码的降解功能基因，揭示微生物降解污染物的机制和潜力。

通过分析环境样品中微生物群落的宏基因组，可以筛选出具有降解能力的微生物，并发现新型的降解基因。

这对于环境污染治理和修复具有重要的意义。

二、宏基因组学在环境工程领域的研究进展1. 技术进步随着高通量测序技术的不断发展，宏基因组学分析的效率和准确度得到了显著提高。

新一代测序技术的应用，如Illumina HiSeq和PacBio等，使得大规模宏基因组研究成为可能。

同时，生物信息学分析工具的发展也为宏基因组学提供了更加强大的支持。

2. 多组学数据的整合宏基因组学不仅可以分析微生物的基因组，还可以结合其他组学数据，如宏转录组学和宏蛋白质组学等，全面了解微生物的结构和功能。

宏基因组学研究进展在生物学领域，宏基因组学作为一门新兴的前沿学科，为我们揭示了大量未知的生物世界奥秘。

本文将通过介绍宏基因组学的基本概念、研究现状、研究方法、研究成果及其局限性，带领大家全面了解宏基因组学的研究进展。

宏基因组学是一门研究存在于生物群落中的基因及其多样性的学科。

它通过运用高通量测序、生物信息学和系统生物学等技术手段，对整个生态系统中的微生物基因组进行深入研究，旨在揭示微生物群落中隐藏的生物多样性和生态功能。

随着16S rRNA基因测序技术的发展，宏基因组学研究取得了突破性进展。

尤其是近几年，宏基因组学研究在环境微生物多样性、病原菌感染机制以及生物医药等领域表现出巨大的应用前景。

发展趋势表明，宏基因组学将进一步推动生命科学领域的发展，为人类解决一系列生态和健康问题提供有力支持。

在宏基因组学研究中，实验设计、数据分析和模型构建等方面都至关重要。

实验设计需要考虑样品的采集、处理和文库构建等环节；数据分析则需借助一系列生物信息学技术和算法，对海量数据进行有效挖掘和精准解析；模型构建则需要以数据为基础，构建能准确描述微生物群落结构和功能的数学模型。

宏基因组学研究已经取得了一系列令人瞩目的成果。

例如，通过研究海洋微生物群落，科学家发现了许多新的微生物种类和基因，揭示了海洋生态系统的运行机制；同时，宏基因组学研究还在病原菌感染、生物医药等领域表现出极大的应用潜力，为解决一些重大疾病提供了新的思路和方法。

这些成果不仅丰富了我们对生物世界多样性的认识，也为我们提供了大量宝贵的生物资源。

然而，尽管宏基因组学研究已经取得了显著的成果，但仍存在一定的局限性。

例如，采样过程中可能会受到污染，导致结果出现偏差；另外，数据分析过程中可能存在技术难点，如噪声数据的处理、稀有物种的检测等。

此外，宏基因组学研究还面临着理论和方法上的挑战，例如如何构建更为精准的微生物群落模型，如何将宏基因组学研究成果应用于实践等等。

总之，宏基因组学作为一门新兴的生物学分支，为我们揭示了大量未知的生物世界奥秘。

论转录组的研究方法及当前进展郑忠巧(生物工程一班生命科学学院黑龙江大学150080)摘要：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 的集合。

转录组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。

转录组分析的研究方法。

研究平台发生着日新月异的变化,同时生物信息分析学分析的内容也在逐步完善。

本文对转录组的研究方法及当前进展作了一个综合论述。

关键词：转录组、SAGE、MPSS、RNA-Seq、方法、特点On the transcriptome research methods and current progressZhengZongqiao(The first class of Biotechnology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin,150080)Abstract: the transcriptome is a particular tissue or cell in a certain developmental stage or function state all the set of RNA transcription. Transcriptome research to research from the overall level of gene function and gene structure, reveal the specific molecular mechanism in the process of biological processes and disease. Transcriptome analysis of research methods. Research platform with rapid changes, at the same time, the content of the bioinformatics analysis has also been gradually perfected. In this paper, the research methods and the current progress of the transcriptome made a comprehensive review.Key words: the transcriptome, SAGE, MPSS, RNA - Seq, methods and characteristics.一、转录组的定义遗传学的研究对象由少量基因及其功能转变为生物体的全基因组结构、基因功能、表观修饰、细胞调控等, 遗传学研究进入了基因组和后基因组时代。

基于宏基因组和宏转录组的发酵食品微生物研究进展雷忠华，陈聪聪，陈 谷*（华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510641）摘 要：揭示传统发酵食品中微生物群落结构特征、演替变化规律和功能基因是多年来科学研究和工业生产共同关注的焦点。

近年来，高通量测序技术以其高效和相对廉价的优势，成为传统发酵食品微生物研究的重要工具。

本文从高通量测序技术的基因组和转录组层面的研究出发，综述了近8 年来宏基因组学与宏转录组学在研究发酵食品微生物群落结构、相互作用及挖掘功能基因等方面的进展，并分析讨论其面临的主要问题和发展趋势，为未来发酵食品的科学研究和工业生产提供一定参考。

关键词：发酵食品；宏基因组学；宏转录组学；微生物群落结构；演替变化规律；功能基因挖掘Metagenomic and Metatranscriptomic Analysis of Microbiota in Fermented Foods: Review of Recent AdvancesLEI Zhonghua, CHEN Congcong, CHEN Gu *(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou510641, China)Abstract: Exploring the microbial community structure, succession and functional genes in traditional fermented foods has been the focus of common concern for academic and industrial researchers in the field of food for many years. Because of its high efficiency and relatively low cost, high-throughput sequencing has become one of the most important tools for exploring the microbiota of fermented foods. Based on high-throughput sequencing, metagenomics and metatranscriptomics have greatly advanced our knowledge about microbial succession, interaction and functional genes in various fermented foods. Here, we review the progress that has been made over the past eight years in the metagenomic and metatranscriptomic analysis of the microbiota in fermented foods. We also discuss the limitations and prospects of metagenomics and metatranscriptomics. We hope that this review will provide useful information for future research and industrial production of fermented foods.Keywords: fermented foods; metagenomics; metatranscriptomics; microbial community structure; microbial succession; discovery of functional genesDOI:10.7506/spkx1002-6630-201803049中图分类号：TS201.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2018）03-0330-08引文格式：雷忠华, 陈聪聪, 陈谷. 基于宏基因组和宏转录组的发酵食品微生物研究进展[J]. 食品科学, 2018, 39(3): 330-337. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201803049. LEI Zhonghua, CHEN Congcong, CHEN Gu. Metagenomic and metatranscriptomic analysis of microbiota in fermented foods: review of recent advances[J]. Food Science, 2018, 39(3): 330-337. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201803049. 收稿日期：2016-10-09基金项目：广东省公益研究与能力建设专项资金项目（2015A020209029）第一作者简介：雷忠华（1989—），男，硕士研究生，研究方向为发酵食品微生物。

宏转录组代谢组
宏转录组和代谢组是生物学研究中的两个重要领域。

宏转录组（Metatranscriptomics）是指研究整个微生物群落或特定生态系统中所有转录本的集合，即研究在特定环境和条件下，整个微生物群落中所有基因的表达情况。

通过宏转录组分析，可以了解不同微生物在群落中的相对丰度、基因表达的多样性和功能特征等。

代谢组是指一个生物体内所有小分子代谢物的集合，这些小分子物质通常是指分子量小于1000的化合物，如氨基酸、糖类、脂肪酸、维生素等。

代谢组反映了生物体在特定环境和条件下的生理和生化状态，是生物体内部代谢过程和外部环境相互作用的结果。

在研究共生或共存的系统时，可以将宏转录组和代谢组结合起来研究。

例如，可以研究在特定共生或共存条件下，哪些基因被表达，哪些代谢物被产生，以及它们之间的相互关系等。

这种综合性的研究可以帮助深入理解共生或共存系统的运作机制，为预测生态系统中的碳和氮循环以及一般宿主-微生物相互作用的基础提供重要信息。

宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组宏基因组、宏转录组、代谢组和蛋白组是当前生物大数据研究领域中的热门话题，它们分别代表了生物学研究在不同层面上的探索和解析。

本文将围绕这四个主题展开深入探讨，并从简到繁，由浅入深地介绍它们的概念、研究方法和意义，帮助你更全面、深刻地理解这些关键词。

1. 宏基因组宏基因组是一种研究生态系统中不同生物种类基因组的方法。

它通过对不同生物群体中的基因组进行大规模的测序和比较分析，来了解它们在生态系统中的功能和相互作用。

宏基因组的研究范围涵盖了微生物、植物和动物等广泛的生物群体，为我们揭示了整个生态系统的多样性和稳定性。

在实际应用中，宏基因组的研究可以帮助我们更好地理解生态系统中的物种组成、功能特征和生态学意义，为环境保护和资源利用提供科学依据。

2. 宏转录组宏转录组是研究生物体内所有基因的转录活动的方法。

通过宏转录组技术，我们可以全面了解细胞内转录的全貌，包括RNA的种类、丰度和转录调控。

宏转录组的研究不仅可以帮助我们发现新的非编码RNA，还可以解析细胞在不同生理状态下的转录调控网络，为疾病诊断和药物研发提供重要依据。

宏转录组的研究也对生态系统的功能和动态过程有着重要的启示，有助于揭示生物体对外界环境变化的适应机制和调控策略。

3. 代谢组代谢组是针对生物体内所有代谢物的研究。

通过代谢组学技术，可以全面解析生物体内代谢物的种类、丰度和相互关系，从而揭示生物体在不同生理状态下的代谢活动和代谢调控网络。

代谢组的研究对于疾病诊断、药物研发和个体化治疗具有重要意义。

代谢组学也为植物代谢工程和微生物发酵工艺的优化提供了重要的信息和方法支持。

4. 蛋白组蛋白组学是研究生物体内所有蛋白质的研究。

通过蛋白组学技术，我们可以全面了解生物体内蛋白质的种类、结构和功能，从而揭示蛋白质在生物体内的相互作用和调控网络。

蛋白组学的研究对于疾病诊断、药物研发和蛋白质工程具有重要意义。

蛋白组学也为生物体内信号转导通路和代谢途径的解析提供了关键信息和技术手段。

宏基因组学和元基因组学的研究进展宏基因组学和元基因组学是生物学研究中的两个新领域。

前者是指研究微生物群体组成和功能的广泛基因组学，后者是指研究基因组序列数据的分析和解释。

这两个领域在近年来得到了快速发展，为微生物学的研究提供了更全面的视野。

在本文中，我们将讨论宏基因组学和元基因组学的研究进展，以及这些新方法如何改变微生物学的研究方法。

宏基因组学宏基因组学是一种广泛的微生物群落分析方法，用于刻画合成群落系统的多样性、种类以及功能。

它涉及从环境样品中提取和分离DNA 并通过高通量测序来分析和比较各种基因组，例如芽孢杆菌、屈曲菌和厌氧菌等微生物的发掘从而进行系统深入的基因组学研究。

以前，研究者通常只特异研究一个菌株，因此不可避免地忽略其生活环境中其他菌株对这个菌株维持生存所起的作用。

宏基因组学是一种针对这个研究上的瓶颈的全面性方法。

它可以将整个微生物社区视为一个整体去探究和发掘，而不仅仅是单独针对菌株的研究。

宏基因组学的发展极大地促进了微生物学的研究。

借助这种新方法，研究者现在可以研究广泛的微生物群体，比如土库曼池盐湖这样的一种强胁迫环境的微生物群体，曾经这样的微生物群体难以研究。

利用此方法，研究者们能够找到一些在生存环境具有重要功能或者新颖特性的微生物，并对它们的性质进行详细的探究。

因此，宏基因组学为微生物群落的发现和鉴定提供了一种快捷有效的途径。

元基因组学元基因组学是一种研究微生物和其他生物系统在基因组水平上的样品和群体多样性的方法。

与基因组学研究仅仅关注单个物种不同，元基因组学依然适用于研究微观生物群落以及混合分析的方法。

元基因组学研究则首先根据群落中存在的基因逐一进行筛选，进而研究群落中深层隐含的多样性信息和它们之间的关系。

通过分析每个样品内的基因的剖面，元基因组学能够揭示生态和环境对微生物群落结构和功能的影响。

大大地能够促进微生物全球生态对环境的种类、多样性、遗传偏移、阶层、以及生物地理学模式等方面的了解。

宏基因组学的研究现状和发展趋势一、本文概述宏基因组学，作为一个综合性的生物学研究领域，近年来在科研界引起了广泛的关注。

它利用高通量测序技术，对环境中所有微生物的遗传物质进行研究，从而深入探索微生物群落的组成、功能以及它们与环境的相互作用。

本文旨在概述宏基因组学的研究现状，包括其在不同生态环境中的应用、关键技术的进展以及面临的挑战；还将探讨宏基因组学未来的发展趋势，如数据分析和解释方法的改进、新技术的应用以及其在生物技术、医学和环境保护等领域的潜在价值。

通过对宏基因组学的研究现状和发展趋势的全面分析，我们期望能够为读者提供一个清晰而深入的理解，以推动该领域的持续发展和创新。

二、宏基因组学的研究现状宏基因组学作为一门新兴交叉学科，近年来取得了显著的研究进展。

其研究现状主要体现在以下几个方面：技术方法的不断革新：随着高通量测序技术的飞速发展，宏基因组学在样本准备、测序深度和数据分析等方面均取得了显著突破。

比如，新一代测序技术（Next-Generation Sequencing, NGS）使得科研人员能够更快速、准确地获取大量微生物群落的遗传信息。

微生物群落多样性的深入探索：宏基因组学研究已经从最初的描述性分析转向对微生物群落功能的深入研究。

通过对不同环境样本中微生物群落的宏基因组测序，科研人员能够更全面地了解微生物群落的组成、结构和功能，从而揭示微生物与宿主、环境之间的相互作用关系。

疾病机制研究的拓展：宏基因组学在疾病机制研究方面发挥了重要作用。

通过对疾病样本的宏基因组分析，科研人员能够发现与疾病发生发展相关的微生物群落变化，为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。

生态环境保护的应用：宏基因组学在生态环境保护领域也展现出了广阔的应用前景。

通过对不同生态系统中微生物群落的宏基因组研究，可以评估生态系统的健康状况，为生态环境保护提供科学依据。

然而，尽管宏基因组学取得了显著的研究进展，但仍面临诸多挑战。

例如，数据解析的复杂性、微生物群落动态变化的监测以及宏基因组学与表型之间的关联分析等。

宏基因组和宏转录组宏基因组和宏转录组是生物学研究的两个重要领域，在生物多样性研究、新物种发现、环境污染监测等方面都有着广泛的应用。

在这篇文档中，我们将详细介绍宏基因组和宏转录组的概念、研究方法、应用和挑战等方面，希望能对读者有所启示。

一、宏基因组的概念和研究方法宏基因组指的是对整个微生物群落（甚至包括整个生态系统）的基因组进行研究。

和传统分子生物学研究中只针对单个物种或单一基因的研究不同，宏基因组可以同时研究到各种微生物（包括细菌、真菌、古菌等）的基因组，从而能更全面地了解微生物群落的结构、功能和交互作用。

研究宏基因组的主要方法包括：1.高通量测序技术。

序列可以分为短序列和长序列两类，其中短序列多采用Illumina HiSeq、MiSeq等平台，长序列多采用Oxford NanoPore、PacBio等平台。

高通量测序技术可以快速、准确地获取微生物群落的基因组信息，特别是在未知物种中寻找新基因时有着重要的作用。

2.基因组装和注释。

通过将高通量测序数据进行去噪、拼接、组装等处理，可以得到微生物群落的基因组信息，然后根据数据库的信息对基因进行注释，以了解它们的功能、结构等信息。

3.比较基因组学。

对不同物种的基因组信息进行比较，可以了解它们之间的进化关系、基因家族扩张与变异、适应性等信息。

二、宏转录组的概念和研究方法宏转录组是对微生物群落中所有基因的转录本的研究。

它可以帮助我们了解群落中各种微生物的功能特征和代谢能力，从而更加深入地了解微生物群落的生物学特性和环境适应性。

研究宏转录组的主要方法包括：1. 直接测序技术。

采取高通量测序方法，将群落中mRNA转录本进行转录组测序。

通过直接转录组测序，可以避免PCR引入的失真，获得全长、高质量的RNA序列，并对微生物群落中的基因表达情况进行全面的了解。

2. 基因序列比对与定量分析。

将直接测序得到的序列与基因组序列进行比对，可对基因表达进行定量分析，获得微生物中各基因的表达量、拷贝数、相对表达量等信息，研究基因表达水平的差异。

转录组学的新进展与应用转录组学是一种研究生物体细胞中所有基因转录产物的高通量技术。

近年来，随着测序技术的发展和生物信息学工具的完善，转录组学在基础研究和应用研究中得到了越来越广泛的应用。

本文将介绍转录组学的新进展以及其在生命科学和医疗领域的应用。

一、转录组学的新进展1.应用单细胞转录组学技术深入研究细胞异质性单细胞转录组学技术（scRNA-seq）可以在对单个细胞进行转录组测序后，生成大量详细的分子信息。

在研究细胞异质性等方面，scRNA-seq显得尤为重要。

2018年，科学家们使用scRNA-seq技术对小鼠胚胎干细胞进行测序，成功地从中分离出多种“原始”细胞群体，并从中再分化出具有特定功能性的细胞群体。

这一研究结果为治疗癌症、糖尿病等多种疾病打下了基础。

2.甲基化转录组学技术的发展基因组DNA的甲基化成为影响基因的表达的重要因素之一。

甲基化转录组测序技术可以同时检测基因组DNA的甲基化和基因转录产物，达到了探究基因是否受甲基化调制的目的。

2018年，科学家在大肠杆菌纯化出甲基化转录因子并对其进行结构分析，从而揭示出其精细的结构与功能调节机制，为将来这一技术在药物治疗中的应用提供了理论基础。

3.新进展的平衡转录组技术平衡转录组测序技术可以同时检测基因组DNA的甲基化和基因转录产物，而它是改进版的甲基化转录组技术。

这项技术用于研究人类受精卵发育的胚胎表观遗传学时，发现用于标识成熟植物的基因也会在早期的胚胎发育阶段被激活，进一步推进了对干细胞时期转录组的理解，为治疗遗传学疾病提供了新思路。

二、转录组学在生命科学中的应用1.转录组学在基因治疗和细胞治疗中的应用许多基因疾病都可以通过转录组学技术来加以研究解决。

细胞免疫治疗、基因修补和癌症治疗潜力都在应用转录组学技术。

科学家们可以运用转录组学技术研究内源性mRNA的表达变化，同时运用CRISPR-Cas9干预内源性基因，从而最大限度地改善疾病症状，实现基因治疗和细胞治疗的目的。

宏转录组测序流程-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述宏转录组测序是一种高通量的技术，可以同时检测样本中的所有转录本，从而了解基因表达的全貌。

它在生物学研究、疾病诊断和药物开发等领域具有重要的应用价值。

随着测序技术的不断发展和成本的降低，宏转录组测序已经成为研究基因表达的重要方法之一。

相比传统的基因表达分析方法，宏转录组测序具有高通量、高灵敏度、高准确性的特点，可以同时分析成千上万个基因的表达情况。

通过宏转录组测序，我们可以全面了解一个生物样本中的转录组信息，包括哪些基因被表达、不同基因的表达水平以及表达的调控网络等。

通过对不同样本的转录组数据进行比较分析，我们可以发现与某种生理状态或疾病相关的基因，找出潜在的治疗靶点或疾病生物标志物。

宏转录组测序的流程包括样本准备、RNA提取、cDNA合成、文库构建、测序和数据分析等多个步骤。

其中，样本准备和RNA提取是关键的步骤，不同的样本来源和实验目的需要不同的处理方法。

cDNA合成和文库构建是将RNA转录本转化为测序可读的DNA片段的关键步骤，文库的质量将直接影响后续测序的准确性和可靠性。

测序和数据分析是宏转录组测序的关键环节，选择适当的测序平台和对测序数据进行准确的比对和差异表达分析是确保数据质量和研究结果可靠性的重要步骤。

通过宏转录组测序，我们可以更全面地了解基因的表达调控网络，在生物学研究和医学诊断中具有广阔的应用前景。

然而，宏转录组测序仍然面临着一些挑战，如数据分析的复杂性、样本的准备和RNA提取的高标准要求等。

随着技术的进一步发展和改进，相信宏转录组测序将会在基因表达研究中发挥越来越重要的作用。

1.2 文章结构文章结构是指文章的组织架构和章节安排。

一个良好的文章结构可以帮助读者更好地理解文章的内容，并使文章逻辑清晰、条理分明。

本文将围绕宏转录组测序流程展开，分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。

在概述中，我们将简要介绍什么是宏转录组测序以及其在生物科研领域中的重要性。

·特约综述·2019, 35(7):1-9生物技术通报BIOTECHNOLOGY BULLETIN收稿日期：2019-04-28基金项目：国家自然科学青年科学基金项目（31802088）作者简介：崔凯，男，副研究员，研究方向：分子营养与表观遗传学；E -mail ：cuikai@ ；吴伟伟同为本文第一作者通讯作者：刁其玉，男，研究员，博士生导师，研究方向：反刍动物营养；E -mail ：diaoqiyu@转录组学是从整体转录水平系统研究基因转录图谱并揭示复杂生物学通路和性状调控网络分子机制的学科。

在高通量测序技术发展以前，基于cDNA 杂交荧光检测的高通量基因表达芯片（Expression array）和基因表达系列分析技术（Serial analysis of gene expression，SAGE）是从整体水平研究动植物组织中基因表达信息的主要手段。

在2008年前后，高通量测序技术开始应用于细胞和组织中转录本（主要是mRNA）的种类和表达量的研究，转录组测序（RNA sequencing，RNA -seq）这样的名词开始出现并被广泛应用［1］。

与基因表达芯片方法不同，RNA -Seq 不仅能够检测与现有基因组序列相对应的转录本，并能发现和定量新的转录本，对选择性剪接事件、新基因和转录本以及融合转录本的研究更具优势，从而能更加系统地研究转录组学。

2010年前后，三代测序技术（单分子测序技术）兴起，因其具有测序读长较长的优点，在研究全长转录本上具有二代测序短reads 所不能达到的优势。

随着测序技术的发展和成本的降低，使得核酸的检测与定量更加便捷和准确，高通量测序在转录组学的研究上越来越普遍，大有替代基因表达芯片转录组测序技术的研究和应用进展崔凯1 吴伟伟2 刁其玉1（1. 中国农业科学院饲料研究所 农业部生物饲料重点实验室，北京 100081；2. 新疆畜牧科学院畜牧研究所，乌鲁木齐 830000）摘 要： 转录组（Transcriptome）是指特定细胞或组织中全部转录产物，包括信使RNA，核糖体RNA、转运RNA 以及非编码RNA。

基于宏转录技术的水禽和岸禽的宿主特异性和关联性研究美格基因了解病毒才能更好地预防病毒的入侵，本次推荐一篇基于宏转录组技术的水禽和岸禽病毒宿主特异性和关联性研究。

该研究深入了解病毒群落特点,证明禽类病毒群落的多样性和复杂性，为以后进一步探索禽类病毒、监控野生禽类病毒情况提供了参考。

本次为大家推荐一篇基于宏转录技术的水禽和岸禽的宿主特异性和关联性研究。

原标题：Virome heterogeneity and connectivity in waterfowl and shorebird communities水禽和岸禽病毒的宿主特异性和关联性作者：Michelle Wille, Mang Shi, Marcel Klaassen, et al.期刊：ISME Journal时间：2019.6IF：9.493一、研究背景宿主-微生物动力学模型常被假定为单个宿主被单一病原体感染的特定条件。

但实际上，宿主大都会被一群病原体感染。

我们用宏转录组技术探索了9种鸟类（5种雁形目（鸭类）和4种鸻形目（岸禽））的病毒组情况。

在这些鸟类中共找到27种病毒，涵盖dsRNA病毒、ssRNA 病毒、逆转录DNA病毒和ssDNA病毒，其中的24种是首次发现。

病毒的多宿主性和专一性说明水禽和岸禽病毒的关联性（宿主共享）和特异性（宿主专一），如雁形目中广泛流行的2种多宿主病毒（禽类冠状病毒、流感A病毒（Influenza A virus，IAV））和1种新轮状病毒很好地说明了病毒的宿主关联性，而雁形目和鸻形目之间没有相同的病毒、病毒群落的丰度和多样性差异说明了病毒的宿主特异性。

通常，一个宿主中会存在多种病毒，且病毒的群落也很复杂。

二、实验设计1、取样：从一项长期监控鸟类IAV的项目中取健康鸟类样本。

共获取涉及4种岸禽的434个样本、5种水禽的125个样本。

2、 RNA病毒寻找：提取RNA，构建文库后在Illumina Hiseq 2500 平台上进行测序。

口腔微生物宏转录组在口腔疾病中的研究进展苏志飞李继遥*口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床研究中心四川大学华西口腔医院牙体牙髓病科四川成都610041[摘要]口腔微生物组是人体微生物组的重要组成部分,与口腔颌面部疾病的发生发展密切相关㊂宏转录组学分析不仅可以识别群落中的活跃物种,还可以显示群落整体的功能特征,已成为探究微生物组与疾病状态间相互关系的重要手段之一㊂本文就口腔微生物宏转录组与龋病㊁牙周炎和口腔癌的研究进展作一综述㊂[关键词]口腔微生物;转录组;口腔疾病[文献标识码] A [文章编号]1671 7651(2020)08 0716 03[d o i]10.13701/j.c n k i.k q y x y j.2020.08.003M e t a t r a n s c r i p t o m e o f O r a l M i c r o b i o t a a n d O r a l D i s e a s e s.S U Z h i f e i,L I J i y a o*.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f O r a l D i s e a s e s&N a t i o n a l C l i n i c a l R e s e a r c h C e n t e r f o r O r a l D i s e a s e s&D e p a r t m e n t o f C o n s e r v a t i v e D e n t i s t r y a n d E n-d o d o n t i c s,W e s t C h i n a H o s p i t a l o f S t o m a t o l o g y,S i c h u a n U n i v e r s i t y,C h e n g d u610041,C h i n a.[A b s t r a c t] O r a l m i c r o b i o t a,a s a p a r t o f h u m a n m i c r o b i o t a,t i g h t l y i m p a i r s t h e d e v e l o p m e n t o f o r a l d i s e a s e s. M e t a t r a n s c r i p t o m e i s i m p o r t a n t m e t h o d t o e x p l o r e t h e m i c r o b i o t a,s i n c e i t p r e c i s e l y r e v e a l t h e a c t i v e c o m p o s i t i o n a n d f u n c t i o n s o f a c o m p l e x m i c r o b i a l c o mm u n i t y.I n t h e p a p e r,t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n m e t a t r a n s c r i p t o m e o f o r a l m i c r o b i o t a a n d d e n t a l c a r i e s,p e r i o d o n t i t i s,a n d o r a l c a n c e r i s r e v i e w e d.[K e y w o r d s]o r a l m i c r o b i o t a;t r a n s c r i p t o m e;o r a l d i s e a s e s微生物组 一词最早由J o s h u a L e d e r b e r g提出,是存在于人体体内或表面的共生㊁共栖和致病的微生物群落的总称[1]㊂最近,美国独立卫生研究院建立 人体微生物组综合项目 ,旨在通过不同组学分析来研究微生物组与宿主活动间的相互关系[2]㊂人类口腔微生物组作为人体最复杂的微生物群落之一,被证实与口腔颌面部疾病的发生发展密切相关,成为人类微生物组项目的研究重点之一[3]㊂但是,以往的口腔微生物组研究多集中于对其群落组成的研究,只能给出菌群失调相关分子机制的部分信息,需要一种更全面的方法来研究微生物组与宿主之间的相互作用㊂随着测序技术的发展,宏转录组学分析开始用于人类微生物组研究,它将微生物组视为一个整体来探究复杂微生物组的分类组成与活性功能,克服了传统群落组成分析的聚合酶链反应扩增等相关问题,而受到广泛的关注㊂本文将对口腔微生物宏转录组在龋病㊁牙周病㊁口腔癌等领域的研究进行综述,以期为口腔颌面部疾病的微生物组学研究提供思路㊂1龋病中的微生物宏转录组龋病是在以细菌为主的多种因素作用下,牙齿硬组织发基金项目国家自然科学基金(编号:81701028)作者简介苏志飞(1992~),男,山西晋中人,硕士在读,主要从事牙体牙髓病学研究㊂*通信作者李继遥,E-m a i l:j i y a o l i s c u@163.c o m 生的慢性㊁进行性破坏的一种疾病㊂长期以来,以变异链球菌为代表的产酸菌被认为是龋病的主要致病菌㊂事实上,众多产酸菌属与耐酸菌属如乳酸杆菌属㊁双歧杆菌属等被证明与龋活跃程度显著相关[4]㊂而放线菌属㊁梭杆菌属㊁卟啉单胞菌属也可能与龋病相关[5]㊂这表明龋病是由多种微生物组成的复杂群体共同作用的结果,这些发现使得龋病病因学研究由特定致病菌致病转向群落致病㊂S i món-S o r o等[6]通过对龋损部位微生物的宏转录组分析发现,在龋损部位存在着高转录活性的微生物群落(活性微生物群落),且具有高度多样性㊂此外,该研究还发现牙釉质龋和牙本质龋中存在不同的微生物活跃群体,结果显示链球菌㊁罗氏菌㊁韦荣菌等在牙釉质龋活性微生物群落中丰度较高,而乳酸杆菌㊁假分歧杆菌㊁环孢素菌则在牙本质龋中高检出㊂作为传统致龋菌的变异链球菌虽然存在于龋活跃微生物组中,但在所有样本中的检出率均极低(牙釉质龋为0.73%,开放性牙本质龋为0.48%,隐匿性牙本质龋为0.02%)㊂P e t e r s o n等[7]发现在龋病病损的龈上菌斑中链球菌属的活性转录表达最为丰富(55%),其次为韦荣菌属和放线菌属(均为11%)㊂进一步的种水平宏转录组分析发现活性转录表达较高的微生物依次为血球链球菌(16%)㊁微小链球菌(10%)㊁细小韦荣菌(9%)㊁二氧化碳噬纤维菌(9%)㊂这些发现提示微生物组,尤其是具有高转录活性的微生物组,在龋病致病中具有不可忽视的作用㊂617J o u r n a l o f O r a l S c i e n c e R e s e a r c h,A u g.2020,V o l.36,N o.8除明确疾病状态下的活跃微生物群落外,宏转录组分析还可以给出整体微生物群落功能特征与疾病的相互作用信息㊂K r e s s i r e r等[8]对儿童龋病进行微生物宏转录组分析发现,牙本质龋微生物组相较于冠部龋和无龋对照组拥有更加复杂的基因多样性㊂其中又以甘油激酶㊁尿嘧啶D N A糖苷酶和尿素酶基因表达最高㊂甘油激酶则作为糖酵解途径的一部分参与到了龋病微生物的代谢中[9]㊂而尿素酶被证实可以通过氨的产生来提升p H,降低龋活跃性[10]㊂M a y 等[11]通过对已存在的宏转录组库分析发现细菌代谢子网络包括来自磷酸转移酶系统和果糖/甘露糖代谢途径9个K E G G O r t h o l o g y组(K O组)与龋病的发生发展密切相关㊂其中糖磷酸转移酶参与的β葡萄糖苷代谢,是细菌生物膜形成的关键,在细菌定植中起着重要作用[12]㊂而来自果糖和甘露糖代谢途径的K O组能将山梨醇转化为6-磷酸果糖,这表明在龋病中,山梨醇可能被用作额外的碳源参与细菌代谢㊂以上结果提示基于群落功能的宏转录组研究方法可以识别潜在的活性表达基因和相关物种,为探究健康或疾病状态下可能的群落活动提供新的依据㊂2牙周炎中的微生物宏转录组牙周炎是由牙菌斑及其代谢产物引起牙周支持组织丧失的慢性炎症性疾病㊂众多研究证实牙周袋内存在 红色复合体 (牙龈卟啉单胞菌㊁福赛坦氏菌和齿垢密螺旋体),其相对丰度与牙周炎的发生发展密切相关[13,14]㊂但我们对这些微生物的功能活性的了解依然有限㊂D u r a n-P i n e d o等[15]通过对牙周炎患者与正常人群的龈下菌斑微生物宏转录组分析发现牙周炎患者龈下菌斑的 红色复合体 高表达金属蛋白酶和铁代谢相关蛋白㊂而无论是具有溶解作用的金属蛋白酶或是与毒力因子表达密切相关的铁代谢相关蛋白的上调均证实 红色复合体 在牙周炎破坏中不可或缺的作用㊂此外,该研究还发现以前的非牙周致病菌也表达着大量的毒力因子,如马曲克氏锥虫㊁齿状腺葡萄球菌㊁细小细脉杆菌和干燥奈瑟菌等㊂这与R e l m a n[16]提出的 群落致病 的观点一致,认为疾病是由微生物群落各部分的综合作用而并非单一或少数细菌所导致的㊂在微生物群落的功能特征方面,肖炜卓等[17]发现慢性牙周炎患者龈下菌斑中单糖代谢相关酶活性表达活跃,而多糖代谢相关酶表达缺失㊂说明成熟的菌斑群落必须依靠宿主口腔内的多糖酶将多糖水解为单糖之后才能加以利用㊂值得注意的是,J o r t h等[18]通过比较分析正常与牙周炎状态下的微生物群落基因表达发现,尽管不同患者间疾病相关群落组成差异很大,但却拥有相对保守的代谢谱,包括赖氨酸发酵为丁酸㊁组氨酸分解代谢㊁核苷酸生物合成和丙酮酸发酵等㊂以上提示我们在研究微生物群落与疾病关系时应该考虑整个群落的行为变化,而不是仅着眼于一种或多种特定病原体的活动㊂牙周炎的另一个研究热点在于疾病不同阶段的微生物组研究㊂研究表明,进展性病变和非进展性病变的微生物群落组成存在相当多的重叠,表明不能仅通过研究龈下微生物组成差异来解释病损部位的牙周状态差异[19,20]㊂Y o s t 等[21]通过对牙周炎不同阶段的宏转录组分析发现,相较于基线,进展期的钾和氨基酸运输㊁肽聚糖分解代谢㊁类异戊二烯生物合成㊁多糖生物合成和蛋白激酶C活化相关G蛋白耦联受体信号转导途径表达降低㊂而非进展期微生物群落功能相较于其基线并未发生显著变化㊂由此可见,微生物组群体功能改变与牙周炎疾病进展状态密切相关㊂3口腔癌中的微生物宏转录组口腔癌是口腔颌面部最常见的恶性疾病之一,也是全球常见恶性肿瘤之一,其中90%以上是口腔黏膜来源的鳞状细胞癌㊂研究表明,慢性感染可能诱发癌变,约18%的恶性肿瘤与慢性感染直接相关[22]㊂慢性感染㊁氧化应激与癌症之间的相互作用关系已被广泛证实[23]㊂因此,口腔微生物组与口腔癌的发生发展受到了高度关注㊂在肿瘤组织样本中或肿瘤周围组织样本中,大量不同的微生物表达丰度上调,包括梭杆菌㊁卟啉单胞菌㊁链球菌和普雷沃特氏菌等[24-27]㊂但尚未发现微生物群落组成与口腔癌之间有明确的联系㊂Y o s t等[28]通过15个样本的微生物宏转录组学研究发现,相较于健康受试者匹配部位,口腔鳞状细胞癌患者肿瘤部位的活性微生物群落发生了显著改变㊂梭杆菌属㊁硒单胞菌属㊁二氧化碳噬纤维菌属㊁小杆菌属和约翰森氏菌属在肿瘤部位丰度明显上调㊂此外,在功能方面,铁离子结合㊁色氨酸酶活性㊁谷氨酸脱氢酶(G D H)活性㊁淀粉合成酶活性和超氧化物歧化酶(S O D)的活性在肿瘤部位明显高表达㊂与上述研究类似,S t a s h e n k o等[29]通过小鼠体内实验证明无论个体间群落组成如何改变,与口腔鳞状细胞癌相关的微生物组代谢特征均呈现出相似的表达变化,包括氮运输㊁应激反应以及氨基酸和脂质的生物合成等基因表达上调㊂值得注意的是,Y o s t等也指出微生物组在肿瘤部位的代谢特征是保守的,这与J o r t h等[18]在牙周炎中观察到的现象一致,进一步验证了整体群落的功能变化与疾病发生发展密切相关㊂4总结与展望综上所述,微生物组的宏转录组学分析已成为探究微生物与疾病状态间相互关系的重要手段之一㊂转录组是识别关键环境信号的起点,这些信号转变会改变群落的行为,可能导致正常微生物群落失调㊂宏转录组分析不仅可以让学者更直观地了解疾病相关活跃微生物,也能够帮助学者更深入地探究微生物组功能行为的变化㊂但是,迄今为止,口腔微生物组转录组学研究仅针对龋病㊁牙周炎㊁口腔癌等少数几类疾病,其他口腔疾病也需要此类研究㊂口腔微生物组真菌级别的宏转录组也鲜见报道,这也可能是影响整个微生物组动态的重要因素之一㊂此外,宏转录组不一定代表微生物群落的最终代谢产物㊂蛋白质组学和代谢组学分析可以更明确地反映微生物组在不同条件下产生的功能蛋白和代谢产物情况㊂因此,将宏转录组学㊁蛋白质组学与代谢组学分析整合,是值得未来研究采取的方法㊂参考文献717口腔医学研究2020年8月第36卷第8期[1] L e d e r b e r g J,M c C r a y A. 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转录组学的研究进展与应用随着DNA测序技术的突破，生物学研究的方式和研究的内容都得到了革新和扩展。

转录组学作为高通量数据时代生物学研究的重要分支，在基因表达的分析、调控网络的研究等方面都有了重要的进展。

本文将阐述转录组学在基础研究和应用领域中的研究进展。

转录组学的基础应用转录组学是指在整个生物体中，转录的RNA种类和其表达水平的全面分析。

转录组学研究可以揭示基因调控的复杂性，发现基因调控网络的功能，对于发掘新基因、确定遗传变异与疾病的相关性以及阐释疾病发病机制都具有重要意义。

生物体中RNA种类繁多，传统的基因表达水平的测量方法只能得到整体的平均信息，而无法深入细胞和组织水平观察具体的RNA表达情况。

高通量的RNA测序技术的出现极大地提高了分辨率，为我们揭示RNA组成和表达谱提供了强有力的工具。

在这方面，Cancer Genome Atlas (TCGA)机构做的工作值得称赞。

TCGA机构网站上，通过浏览肺癌转录组测序数据，可以对三个亚型的转录组信息进行比较，这些亚型是循环肺癌，肺泡细胞癌和鳞状细胞癌。

用户可以观察每个亚型的不同转录组成分，如mRNA，lncRNA和miRNA，对于具体基因的表达谱信息也很详细。

这样的转录组测序信息使得精确的基因诊断成为可能。

另外，转录组学还有关注基因调控网络功能的作用，包括基因组复制、DNA甲基化和组蛋白修饰等。

例如，研究表明，甲基化的修改和人类肿瘤的关系密切。

对于妊娠期间母亲抽烟影响新生儿气道发育的研究发现，因为母亲抽烟引起的基因组DNA甲基化增加，升高了气道家庭影响力信使的收集，最终导致了非定型细胞在新生儿气道内大量出现。

这样的研究证实了转录组学的研究结果可以对医学实践产生重要影响。

转录组学的技术开发随着高通量的DNA测序技术的不断发展，转录组学的技术也在不断完善。

现在已经出现了许多不同的RNA分析技术，包括全局表达分析、基因特异性表达分析、RNA编辑等。

其中，全局表达分析是最常用的技术之一。

宏转录组学
1 宏转录组学
宏转录组学（macro-transcriptomics）是一种分析和研究宏基因
组的新一代基因组学技术。

它是在测序技术的基础上对特定的基因组
进行宏层面的分析。

它不仅可以检测基因的表达或基因表达的重组，
还可以检测其他分子机制，包括基因组动态，转录因子结合，调控元件，和信使RNA，同时预测其功能。

2 宏转录组学的重要性
宏转录组学是一种重要的基因组学技术，可以更好地理解基因组
中不同单位的复杂性。

它可以在微生物群落、植物和动物等基因组中
检测全基因组特征，特别是基因表达的调节模式。

通过宏转录组学的
分析，研究人员可以更好地了解基因组中不同单位之间的关系，推断
分析基因组的定位和功能，从而更深入地了解基因的表达和调控。

3 宏转录组学的应用
宏转录组学技术广泛应用于研究微生物多样性，免疫相关基因组、植物、动物及其疾病机理等。

它能够有效地检测基因组中的被动式表达，并预测分子机制。

宏转录组学技术也用于癌症和其他疾病的治疗
研究，对源状细胞进行Canon中心调查，帮助研究者更好地理解疾病
机理。

宏转录组学分析也在植物选择、病毒调查及环境宏基因组学等
方面拥有应用前景。

4 结论
宏转录组学是一种分析和研究宏基因组的新一代基因组学技术，可以帮助研究者更深入地了解基因的表达和调控，促进相关生物学研究进程，广泛应用于多种领域。