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北京生命科學研究院趙方慶團隊提出環形RNA全長轉錄本重建和定量新方法
發表日期: 2019-01-23 來源: 科研教育處
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  2019119日,國際學術期刊 Genome Medicine 在線發表了中科院北京生命科學研究院計算基因組學實驗室趙方慶團隊題爲“Reconstruction of full-length circular RNAs enables isoform-level quantification”的最新研究成果。該研究提出全新的環形轉錄本重構與定量的方法(CIRI-full),通過環形轉錄本測序中的反向重疊區特征獲得全長序列,既有效解決了環形轉錄本內部結構的重構難題,也爲環形轉錄本中不同剪切産物的定量提供了新思路。目前絕大多數環形RNA的功能尚未明確,並且現有方法無法提供足夠充足序列特征信息,該方法可以幫助研究者更有效地篩選出具有潛在功能的環形可變剪接産物,對環形RNA的功能研究與轉錄本水平上的差異表達分析具有重要的意義。 

  在以往的研究中,環形RNA的識別方法主要是利用環形RNA特有結構——反向剪接序列特征進行識別。然而,由于二代測序的讀長普遍較短,研究者們雖然可以獲得大量的反向剪接位點,卻無法高通量獲得環形RNA的完整內部結構信息,也無法對不同可變剪接産物進行精確定量。爲了解決該問題,趙方慶團隊首先提出了一個新的環形RNA識別特征-反向重疊區(Reverse overlap)。該特征通常出現在讀長較長的環形RNA測序中。與以往的所有識別算法不同,該特征不僅可以用于判斷轉錄本雙端測序中的一對測序序列是否來自于環形RNA, 也可以用于判斷該序列是否可以覆蓋整個環形RNA 研究人員利用該方法從不同哺乳動物的腦組織中獲得超過80%的環形RNA的全長序列。      

  環形RNA的全长重建是对其精确定量的基础。对于拥有多种可变剪接产物的環形RNACIRI-full采用蒙特卡羅法模擬來自不同剪切産物的讀段在全長序列上的分布,通過梯度下降法,篩選出與最優表達量組合。其中,每個外顯子上的測序覆蓋度及可變剪接事件都可用于判斷預測結果與真實情況的差異。研究人員使用模擬和真實數據驗證了這種方法的准確性。對于每個BSJ位點産生多個可變剪接産物的表達數據,CIRI-full不仅可以灵敏地重构其全长序列,并且可以精确地预测其相对丰度。该研究为環形RNA组成和功能研究提供了新视角,呈现了環形转录本更加细致的内部结构,并实现了转录本水平的精确定量,为后续筛选有潜在功能的環形RNA分子提供了重要方法學工具。     

  該工作主要由趙方慶課題組的博士研究生鄭毅和助理研究員冀培豐完成,并获得了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划及中國科學院的经费支持。

  論文鏈接 

環形RNA全長轉錄本的重建和定量方法

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