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原核生物转录组研究优势,看这篇!

转录组测序研究已经成为科研场景中常用技术,尤其是真核生物研究。真核生物转录组研究,尤其是mRNA研究,可以了解真核生物基因的转录情况,哪些基因的表达量提高或者降低,差异表达基因参与了哪些代谢通路,关键基因是哪些等等。最关键的是真核生物mRNA具有poly A尾,人们很容易使用oligo(dT)磁珠来捕获mRNA的polyA尾,轻松实现mRNA建库。但是原核生物不具有polyA尾,无法使用oligo(dT)磁珠直接捕获。
 
图1.原核生物和真核生物mRNA结构差异

 

同时,由于原核生物基因转录属于多顺反子,不具有内含子结构,早期人们认为原核生物基因结构较为简单,没有必要做转录组研究,只需要测基因组信息就行。

 

图2.原核生物乳糖操作子转录[图片来源于网络,侵权删]

 

随着科学技术的发展,人们能设计出适用大多原核生物的rRNA去除探针,使得原核生物RNA-seq研究被更多人应用。原核生物转录组建库流程主要是:首先,将原核生物total RNA与含生物素标记的rRNA探针进行孵育,使探针与rRNA互补结合。因为探针上携带的生物素标记能够被链酶亲和素磁珠结合,之后使用链酶亲和素磁珠吸附生物素标记的rRNA,用磁力架将链酶亲和素磁珠吸附到磁力架上,原核生物rRNA同时也被吸附到磁力架上。最后取上清,将上清中的RNA纯化,就能得到较好的原核生物的mRNA和非编码RNA了。纯化后的RNA可使用total RNA建库试剂盒进行RNA建库,即为原核生物RNA文库。通过后续的测序和生信分析,就能得到原核生物RNA的表达信息。
 
图3.rRNA去除原理图
 
图4.原核生物RNA建库流程

 

首先用rRNA去除试剂盒(12264ES/12265ES)去除原核生物rRNA,之后将剩余的RNA进行total RNA建库(12310ES)。

 

越来越多的科学家对原核生物进行RNA测序,微生物转录组的复杂性、可塑性和调控性的理解也更深入。

 

原核生物转录组测序的优势
 

 

基因结构注释更准确

原核生物基因组测序后,一般通过软件分析注释基因编码区及非编码RNA。软件注释一来有可能出错,而且一些非编码区域检测不出来或者UTR区域注释不到。原核生物转录组能够鉴定出一些保守的小肽(有可能在基因组注释分析时被过滤掉)。

 

mRNA的非编码调控区域的检测及注释

原核生物mRNA的非编码区域含有重要的调控元件如核糖开关和小RNA结合位点等。核糖开关指的是mRNA一些非翻译区的序列折叠成一定的构象,这些构象的改变应答于体内的一些代谢分子,从而通过这些构象的改变达到调节mRNA转录的目的。但是核糖开关通过基因组测序分析是没有办法鉴定,只有在原核生物转录组的不同培养条件的差异分析才能被鉴定到。

 

操纵子结构功能

原核生物基因组中的基因通常排列在操纵子中,一个多反式mRNA包含几个共转录的基因。但是有文献报道[1],在不同条件下操纵子结构调控机制不一样,即在一种条件下编码在多顺反子中的基因可以在另一种条件下转录为单顺反子转录物。原核生物转录组研究有利于利用基于转录组的实验工具来确定操纵子结构,有望推动我们对原核生物多顺反子转录物的多用途调控和进化的理解。

 

非编码RNA调控研究

sRNA在原核生物生理调控中起重要作用,这些sRNAs通常在50到500 bp之间,已被证明可以调节重要的生物过程,如毒力、应激反应和群体感应等。大多数特征的sRNAs通过与目标5’UTR的碱基配对来调节其mRNA靶标的翻译或稳定性,在功能上类似于真核miRNAs。原核生物sRNA测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

原核生物转录组研究,能让我们了解到RNA元件在不同的条件下,行使功能不一样。如L. monocytogenes菌[2]中,赖氨酸存在的情况下,赖氨酸核糖开关形成转录终止子,因此下游转运蛋白不表达。但是在赖氨酸缺失的情况下,核糖开关的再折叠允许赖氨酸转运基因的转录。

 
 
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Hieff NGS® MagSP rRNA Removal Kit (Bacteria(G- and G+)) with purification beads

12264ES24/96

24 T/ 96 T

Hieff NGS® MagSP rRNA Removal Kit (Prokaryote) with purification beads

12265ES24/96

24 T/ 96 T

Hieff NGS® Ultima Dual-mode RNA Library Prep Kit(Premixed version)

12310ES24/96

24 T/ 96 T

 
 
 
[1] Guell, M. et al. Transcriptome complexity in a genome-reduced bacterium. Science , 01 Nov 2009, 326(5957):1268-1271
[2] Toledo-Arana, A. et al. The Listeria transcriptional landscape from saprophytism to virulence. Nature 459, 950–956 (2009)
[3] Sorek R et al. Prokaryotic transcriptomics: a new view on regulation, physiology and pathogenicity. Nature Reviews Genetics 11, pages9–16 (2010)
 

 

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