|
|
|
| 中國海洋大學(xué)在四膜蟲大核基因組注釋方面取得新進(jìn)展 |
| http://www.cdyszf.com 2024年12月16日 來源：華禹教育網(wǎng) |
|
一個(gè)完整且注釋精準(zhǔn)的基因組是解析生物學(xué)功能和調(diào)控機(jī)制的核心基石。基因注釋包括編碼蛋白基因的編碼區(qū)（CDS）、非編碼區(qū)（UTR）、轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）和轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)（TES）、非編碼RNA，以及基因的可變剪切亞型等關(guān)鍵特征的識(shí)別的標(biāo)注。只有通過高質(zhì)量的基因注釋，才能將基因組序列轉(zhuǎn)化為具有生物學(xué)意義的信息。
嗜熱四膜蟲（Tetrahymena thermophila）是一種廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)生物學(xué)研究的單細(xì)胞模式真核生物，曾因核酶和端粒酶的研究分別斬獲1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)和2009年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。四膜蟲大核基因組已歷經(jīng)多次組裝和注釋，其中包括2020年由中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所原生動(dòng)物學(xué)團(tuán)隊(duì)高珊教授課題組率先完成的端粒到端粒的完整基因組組裝。然而，現(xiàn)有的基因注釋仍存在諸多不足，例如基因錯(cuò)誤注釋、TSS和TES位置不準(zhǔn)確，以及UTR信息缺失等。近日，高珊教授課題組通過整合大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型、人工核對(duì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，深度優(yōu)化了嗜熱四膜蟲大核基因組的注釋，相關(guān)成果Comprehensive genomeannotation of the model ciliate Tetrahymena thermophila by in-depth epigenetic and transcriptomic profiling（利用大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄組和表觀組數(shù)據(jù)深度優(yōu)化模式生物嗜熱四膜蟲的基因組注釋）于2024年12月9日在線發(fā)表于Nucleic Acids Research雜志上。
研究團(tuán)隊(duì)收集了四膜蟲不同生長(zhǎng)階段（生長(zhǎng)、饑餓和接合生殖）的大規(guī)模RNA-seq數(shù)據(jù)，結(jié)合納米孔直接RNA測(cè)序（Nanopore DRS）、鏈特異性RNA-seq等技術(shù)，對(duì)基因模型進(jìn)行了全面校正和重注釋。與此同時(shí)，還引入了H3K4me3、H2A.Z、6mA、核小體等表觀遺傳標(biāo)記，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)一步優(yōu)化了基因注釋。通過對(duì)表觀組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合（圖1），團(tuán)隊(duì)成功預(yù)測(cè)了24351個(gè)TSS，并基于Cap-seq數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這些TSS的準(zhǔn)確性。最終，優(yōu)化后的基因組新增了2481個(gè)基因，并對(duì)23936個(gè)基因模型進(jìn)行了修訂，其中包括外顯子改變、基因合并、基因拆分以及基因方向反轉(zhuǎn)等。此外，研究團(tuán)隊(duì)首次注釋了26047個(gè)基因的UTR，并鑒定出5500個(gè)基因的8,339種可變剪切亞型。這些優(yōu)化顯著提升了四膜蟲基因組注釋的完整性和準(zhǔn)確性，不僅強(qiáng)化了四膜蟲作為遺傳工具在生物學(xué)研究中的實(shí)用價(jià)值，還為其他真核生物的基因組注釋提供了有益的借鑒。
團(tuán)隊(duì)同時(shí)鑒定了5525個(gè)天然反義轉(zhuǎn)錄本（NATs），并發(fā)現(xiàn)約20%的蛋白編碼基因存在反義轉(zhuǎn)錄。NATs通常較短且低表達(dá)，但在四膜蟲的有性（接合）生殖階段，其表達(dá)水平顯著升高。進(jìn)一步分析表明，大部分NATs與其正義蛋白編碼基因呈現(xiàn)互斥的時(shí)間特異性表達(dá)模式，可能通過與正義基因相互作用，調(diào)控其轉(zhuǎn)錄或翻譯。這一發(fā)現(xiàn)為揭示四膜蟲的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制提供了新的視角。
整合轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳數(shù)據(jù)優(yōu)化基因模型示意圖
中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所原生動(dòng)物學(xué)團(tuán)隊(duì)高珊教授為文章的通訊作者。博士生葉飛、山東大學(xué)陳曉教授和博士畢業(yè)生李源為共同第一作者。碩士生鞠艾利、博士畢業(yè)生盛亞嵐、博士生段麗麗、張佳晨和張喆，以及美國布拉德利大學(xué)Naomi A. Stover副教授等對(duì)本文亦有重要貢獻(xiàn)。該工作得到中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所超算集群、嶗山實(shí)驗(yàn)室高性能科學(xué)計(jì)算與系統(tǒng)仿真平臺(tái)和中國海洋大學(xué)高等海洋研究院海洋大數(shù)據(jù)中心等計(jì)算資源的資助。
通訊員: 張川
|
 關(guān)于中國海洋大學(xué)更多的相關(guān)文章請(qǐng)點(diǎn)擊查看 |
|
| 特別說明：由于各方面情況的不斷調(diào)整與變化，華禹教育網(wǎng)（www.cdyszf.com）所提供的信息為非商業(yè)性的教育和科研之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性，僅供參考，相關(guān)信息敬請(qǐng)以權(quán)威部門公布的正式信息為準(zhǔn)。 |
|
|
|
| |