原核生物轉錄組研究優勢，看這篇！

2023-04-28 00:00:00 14閱讀次數

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轉錄組測序研究已經成為科研場景中常用技術，尤其是真核生物研究。真核生物轉錄組研究，尤其是mRNA研究，可以了解真核生物基因的轉錄情況，哪些基因的表達量提高或者降低，差異表達基因參與了哪些代謝通路，關鍵基因是哪些等等。最關鍵的是真核生物mRNA具有poly A尾，人們很容易使用oligo（dT）磁珠來捕獲mRNA的polyA尾，輕松實現mRNA建庫。但是原核生物不具有polyA尾，無法使用oligo（dT）磁珠直接捕獲。

圖1.原核生物和真核生物mRNA結構差異

同時，由于原核生物基因轉錄屬于多順反子，不具有內含子結構，早期人們認為原核生物基因結構較為簡單，沒有必要做轉錄組研究，只需要測基因組信息就行。

圖2.原核生物乳糖操作子轉錄[圖片來源于網絡，侵權刪]

隨著科學技術的發展，人們能設計出適用大多原核生物的rRNA去除探針，使得原核生物RNA-seq研究被更多人應用。原核生物轉錄組建庫流程主要是：首先，將原核生物total RNA與含生物素標記的rRNA探針進行孵育，使探針與rRNA互補結合。因為探針上攜帶的生物素標記能夠被鏈酶親和素磁珠結合，之后使用鏈酶親和素磁珠吸附生物素標記的rRNA，用磁力架將鏈酶親和素磁珠吸附到磁力架上，原核生物rRNA同時也被吸附到磁力架上。最后取上清，將上清中的RNA純化，就能得到較好的原核生物的mRNA和非編碼RNA了。純化后的RNA可使用total RNA建庫試劑盒進行RNA建庫，即為原核生物RNA文庫。通過后續的測序和生信分析，就能得到原核生物RNA的表達信息。

圖3.rRNA去除原理圖

圖4.原核生物RNA建庫流程

首先用rRNA去除試劑盒（12264ES/12265ES）去除原核生物rRNA，之后將剩余的RNA進行total RNA建庫(12310ES)。

越來越多的科學家對原核生物進行RNA測序，微生物轉錄組的復雜性、可塑性和調控性的理解也更深入。

原核生物轉錄組測序的優勢

基因結構注釋更準確

原核生物基因組測序后，一般通過軟件分析注釋基因編碼區及非編碼RNA。軟件注釋一來有可能出錯，而且一些非編碼區域檢測不出來或者UTR區域注釋不到。原核生物轉錄組能夠鑒定出一些保守的小肽（有可能在基因組注釋分析時被過濾掉）。

mRNA的非編碼調控區域的檢測及注釋

原核生物mRNA的非編碼區域含有重要的調控元件如核糖開關和小RNA結合位點等。核糖開關指的是mRNA一些非翻譯區的序列折疊成一定的構象，這些構象的改變應答于體內的一些代謝分子，從而通過這些構象的改變達到調節mRNA轉錄的目的。但是核糖開關通過基因組測序分析是沒有辦法鑒定，只有在原核生物轉錄組的不同培養條件的差異分析才能被鑒定到。

操縱子結構功能

原核生物基因組中的基因通常排列在操縱子中，一個多反式mRNA包含幾個共轉錄的基因。但是有文獻報道[1]，在不同條件下操縱子結構調控機制不一樣，即在一種條件下編碼在多順反子中的基因可以在另一種條件下轉錄為單順反子轉錄物。原核生物轉錄組研究有利于利用基于轉錄組的實驗工具來確定操縱子結構，有望推動我們對原核生物多順反子轉錄物的多用途調控和進化的理解。

非編碼RNA調控研究

sRNA在原核生物生理調控中起重要作用，這些sRNAs通常在50到500 bp之間，已被證明可以調節重要的生物過程，如毒力、應激反應和群體感應等。大多數特征的sRNAs通過與目標5’UTR的堿基配對來調節其mRNA靶標的翻譯或穩定性，在功能上類似于真核miRNAs。原核生物sRNA測序有助于更好地了解原核生物sRNA的功能。

RNA元件功能的可塑性

原核生物轉錄組研究，能讓我們了解到RNA元件在不同的條件下，行使功能不一樣。如L. monocytogenes菌[2]中，賴氨酸存在的情況下，賴氨酸核糖開關形成轉錄終止子，因此下游轉運蛋白不表達。但是在賴氨酸缺失的情況下，核糖開關的再折疊允許賴氨酸轉運基因的轉錄。

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