【年末精选】当转录组遇上三代测序

每一项科学研究都是为了解决科学问题，那么当转录组研究遇上三代长读长测序技术，又能讲述怎样有趣的科学故事呢？

15 February 2018, GigaScience

蜂鸟是唯一一类需要通过持续飞行获取花蜜的鸟类，其中的红喉蜂鸟，其在飞行中的高效率能量代谢几乎可与脊椎动物相匹敌。蜂鸟利用摄取的花蜜来为飞行提供能量，在这个过程中，蜂鸟体内流动的糖分是不飞行的哺乳动物体内的55倍。但糖类并不是唯一的能量来源，在长时间的飞行过程中，蜂鸟会选择消耗储存的脂肪来为飞行加油。正如蜂鸟体内的糖代谢非常快一样，在需要的时候，从膳食糖中建立脂肪储备也是非常迅速的。

研究者经PacBio SMRT测序技术对蜂鸟独特的代谢机制进行研究，仅针对蜂鸟特定组织肝脏，进行高覆盖度测序分析，结合最新生信分析方法，通过比较转录组手段，确定了蜂鸟脂肪合成通路中的序列差异和进化情况，解析蜂鸟独特代谢机制。

研究者利用OrthoMCL对红喉蜂鸟119,292个高质量序列和5种鸟类（安氏蜂鸟、烟囱刺尾雨燕、原鸡、斑胸草雀、虎皮鹦鹉）、人以及密西西比鳄进行同源分析。并对与安氏蜂鸟和红喉蜂鸟共有的同源序列进行GO注释。在红喉蜂鸟中确定的与代谢相关的1,444个直系同源序列，有236个（16.3%）是蜂鸟特有的，其中大多数基因都与初级代谢过程相关，在红喉蜂鸟初级代谢中占比最高且特有的是脂代谢过程。

对红喉蜂鸟、安氏蜂鸟、原鸡、烟囱刺尾雨燕、人、密西西比鳄中参与肝脏脂肪合成通路中的8种关键酶的氨基酸进行比较分析，发现蜂鸟通路中关键酶相关序列差异性较高，表明蜂鸟肝脏脂肪合成途径发生了功能适应性进化。研究者在文章中指出，经PacBio测序获得的全长转录本数据，不需要比对，不需要组装，直接获得基因isoforms转录组图谱，如本研究中确定的最长序列是脂肪通路中的acetyl-coA carboxylase 1，分析数据读长超过了7Kb，能覆盖编码区域，同时，Iso-Seq获得的转录组数据结合其他技术，可进一步用于后续代谢等相关研究。

空心莲子草叶甲为什么会专性采食？

02 February 2018, Scientific Reports

空心莲子草是原产于南美的苋科植物，在二十世纪30年代进入中国并迅速成为入侵物种，对当地的生态系统造成了严重破坏。空心莲子草叶甲是空心莲子草的专性天敌，作为生物防治手段而被引入。这种叶甲不仅对空心莲子草有很高的专一性，其环境适应性也较强。

来自山西农业大学的研究者应用PacBio Iso-Seq技术，首次完成对叶甲的四个生长阶段（卵、幼虫、蛹、成虫）的转录组测序，并基于PacBio SMRT数据，做了进一步的全长转录组标准分析，重构了28,982 条转录本，鉴定了145个可变剪接事件；27,318条简单重复序列；经TransDecoder鉴定获得24,040个ORF，其中有16,205个完整的ORF；预测得到4,198 个lncRNA。同时，研究者还用多个数据库对空心莲子草叶甲基因进行了注释。长读长测序数据保证了转录本鉴定及基因注释的准确性。

这项对于叶甲的全长转录组研究，获得了较完整的叶甲转录本集合，并对转录组进行了较完整的鉴定和注释。尽管这篇文章并未明确定位与叶甲专性采食及其环境适应能力相关的基因，但也为进一步揭开谜底奠定了分子基础，同时也为其他昆虫和生态系统之间的互作研究提供了新的思路。

卡本内苏维浓凭什么在红酒界称王？

22 February 2018，bioRxiv

卡本内苏维浓又名赤霞珠，是最为人熟知、原生于法国的酿酒葡萄品种，在世界范围内广泛分布，其果粒小、果皮厚、出汁量少，含有极高浓度的酚类物质和单宁，使得酿造出的卡本内苏维浓葡萄酒拥有最深邃神秘的酒色和口感。

美国加州戴维斯大学葡萄栽培与环境学系的研究人员基于PacBio Sequel平台的全长cDNA测序提供了葡萄浆果成熟期间的综合性的全长转录本信息，同时结合二代测序数据，完善了Cabernet Sauvignon的基因注释，同时指出Cabernet Sauvignon成熟期的基因表达有异于其他葡萄，这或许正是她独特的魅力的成因。

为了研究Cabernet Sauvignon葡萄有别于其他栽培品种的独特基因，研究者将Cabernet Sauvignon葡萄中的55,886个已注释的转录本与PN40024的CDS区、Corvina葡萄和Tannat葡萄的转录本进行比较分析。研究发现Cabernet Sauvignon葡萄中的独特Isoforms有585个，对应于549个基因，这些基因参与了葡萄生长和浆果成熟的各种细胞过程和代谢过程。

通过GO富集分析发现Cabernet Sauvignon葡萄中有两个生物学过程较为显著——“细胞氨代谢过程”和“氧化还原过程”。在“细胞氨代谢过程”中的两个苯丙氨酸解氨酶基因（PALs；P0148F.500780.A、P0148F.500740.A）在葡萄成熟期间均有表达，且在成熟后其表达上调。在“氧化还原过程”中研究者推测二氢黄酮-3-羟化酶（F3H；P0007F.293800.A）起代表性作用，在葡萄成熟前到成熟、成熟到成熟后的阶段中该酶的表达明显上调。PAL和F3H在类苯基丙烷和类黄酮的生物合成过程中发挥作用，该过程在葡萄浆果中生产多酚类物质。与此类似，其他Cabernet Sauvignon葡萄的一些特异性基因在浆果成熟期间发生差异表达（65个转录本），说明他们参与了葡萄成熟过程。研究者推测是这些基因造就了Cabernet Sauvignon葡萄的独特性质。

尽管这一年三代测序在转录组方面的研究硕果累累，但是篇幅有限，今天组学君就和大家侃到这里吧~

2018三代转录组文献汇总