Strand-spezifisches RNA-Seq zur Untersuchung der Genfunktion und pathogener Mechanismen

Strangenspezifisches RNA-seq bedeutet, dass die Richtungsinformation der RNA-Kette während der Bibliothekskonstruktion in der Sequenzierungsbibliothek gespeichert wird, und die Datenanalyse nach der Sequenzierung bestimmen kann, ob das Transkript von der Sinnkette oder der Antisinnkette stammt. Im Vergleich zur gewöhnlichen Transkriptom-Sequenzierung kann es die Anzahl der Transkripte genauer zählen und die Struktur der Gene bestimmen sowie mehr Antisinntranskripte finden, was derzeit in der Forschung zu Genstrukturen, der Regulierung der Genexpression und anderen Bereichen weit verbreitet ist.

Vorteile und Anwendung von strangspezifischem RNA-Seq:

1. Identifizieren Sie Antisense-Transkripte.
2. Ein Genom annotieren
3. Entdecken Sie neuartige Transkripte und strukturelle Analysen von Modellorganismen.
4. Erhalten Sie eine genauere Quantifizierung der Genexpression und sagen Sie neue Transkripte voraus.
5. Verbessern Sie die Genauigkeit bei der Entdeckung von circRNA.

Strangenspezifisches RNA-Seq hilft, die Geheimnisse der RNA-Bearbeitungsmechanismen zu erforschen.

RNA-Bearbeitung ist eine Art posttranskriptioneller Regulationsmechanismus von Genen, der sich auf die Einfügung, Löschung oder den Austausch von Basen in RNA-Molekülen bezieht, was zu den Unterschieden zwischen reifer RNA und der DNA-Vorlage führt, die sie ursprünglich kodiert hat. RNA-Bearbeitungssysteme sind mehrfach innerhalb der Eukaryoten entstanden und umfassen eine Reihe von posttranskriptionellen Verarbeitungsmechanismen, die RNA-Sequenzen durch die Einfügung, Löschung oder Substitution von Nukleotiden verändern, jedoch konventionell Spleißen, 5'-Capping und 3'-Polyadenylierung ausschließen. Umfassende Adenosin-zu-Inosin (A-zu-I) Bearbeitung von nuklear transkribierten mRNAs ist das Markenzeichen der transkriptionellen Regulation bei Metazoen. Hier wählten die Forscher sorgfältig 22 Arten aus, die verschiedene Stadien der Tier-Evolution repräsentieren können, und führten eine hochgradige Genom-Neu-Sequenzierung und spezifische Transkriptom-Sequenzierung für jede Art durch. Anschließend wurden RNA-Bearbeitungs-Karten dieser Arten unter Verwendung des selbstentwickelten RES Scanner-Softwarepakets des Teams erstellt. Sie liefern substanzielle Beweise, die A-zu-I mRNA-Bearbeitung als eine regulatorische Innovation unterstützen, die im letzten gemeinsamen Vorfahren der heutigen Metazoen entstanden ist. Die Sequenzierungsergebnisse zeigten, dass A-zu-I-Bearbeitung hauptsächlich in der nicht-kodierenden RNA auftrat, die durch die Genom-Wiederholungssequenz transkribiert wurde, insbesondere in der jungen Wiederholungssequenz, während Bearbeitungsereignisse im protein-kodierenden Bereich sehr selten waren und intermolekulare Paarung von Sense-Antisense-Transkripten als ein wichtiger Mechanismus für die Bildung von dsRNA-Substraten für A-zu-I-Bearbeitung in einigen, aber nicht allen Linien fungierte. Im Allgemeinen könnte die A-zu-I-Bearbeitung bei Metazoen ursprünglich als Abwehrmechanismus gegen wiederholungsabgeleitete dsRNA entstanden sein, wurde jedoch aufgrund ihrer mutagenen Eigenschaften schließlich in eine Vielzahl biologischer Prozesse integriert.

Die genomischen Ziele der A-to-I-Bearbeitung bei Metazoen

Der Ursprung und die Hauptsubstrate des durch ADAR vermittelten RNA-Editing-Mechanismus

Baumwolle ist eine wichtige natürliche Faserpflanze. Kürzlich haben Forscher vier komplementäre Hochdurchsatztechniken integriert, darunter PacBio Iso-seq, strand-spezifisches RNA-seq, CAGE-seq und PolyA-seq, um systematisch die Transkriptionslandschaft in 16 Geweben oder verschiedenen Organarten von Gossypium arboreum zu erkunden. Sie entwickelten einen Datenanalyseprozess namens IGIA, um genaue Informationen zur Genstrukturannotation aus verschiedenen Sequenzierungstechniken zu integrieren und zu rekonstruieren. Die Ergebnisse zeigten eine dynamische und vielfältige Transkriptomkarte in Baumwolle, einschließlich gewebespezifischer Genexpression, selektiver Nutzung von Transkriptionsstartstellen (TSS) und Polyadenylierungsstellen, Hotspots des alternativen Spleißens und transkriptionalem Durchlauf. Diese regulatorischen Ereignisse werden viele Gene in verschiedenen Aspekten beeinflussen, wie den Erwerb oder Verlust funktioneller RNA-Motive und Proteinstrukturdomänen, die Feinabstimmung der DNA-Bindungsaktivität und die Ko-Regulation von Genen im selben Komplex oder Weg. Diese Methoden und Entdeckungen bieten wertvolle Ressourcen für weitere funktionale Genomforschung, wie das Verständnis der natürlichen SNP-Variation in Pflanzenpopulationen.

Integrative multi-strategische RNA-seq für die hochauflösende RNA-Landschaft in G. arboreum

Die strangspezifische RNA-Seq hat große Vorteile. Es wird angenommen, dass mit dem Rückgang der Gesamtkosten der Sequenzierungsindustrie die experimentelle Nachfrage nach strangspezifischen Transkriptomen immer größer werden wird, was eine gute Unterstützung für die Forschung zu RNA-bezogenen Themen wie der differentiellen Genexpression im Transkriptom und Splicing-Varianten bietet.

Referenzen:

1. Zhang, Pei u. a. „Über den Ursprung und die Evolution der RNA-Bearbeitung in Metazoen.“ Zellberichte, Bd. 42,2 112112. 14. Feb. 2023
2. Wang, Kun u. a. "Multi-strategische RNA-seq-Analyse zeigt eine hochauflösende transkriptionale Landschaft in Baumwolle." Naturkommunikationen Bd. 10,1 4714. 17. Okt. 2019