转录组Plus | 2020年9月研究进展（二）：阿尔茨海默症、结直肠癌、精索静脉曲张、纳米聚苯乙烯毒性和香蕉果实成熟等

原创上海天昊生物

RNA-seq + ATAC-seq + ChIP-seq + 蛋白质组学

题目：Multi-omic comparison of Alzheimer's variants in human ESC-derived microglia reveals convergence at APOE

人类胚胎干细胞衍生的小胶质细胞中阿尔茨海默症变异体的多组比较揭示了在APOE的趋同性

发表期刊：J Exp Med. 发表时间：2020-9-27 影响因子：11.743

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与散发性阿尔茨海默病(AD)相关的许多基因的变异显示出在小胶质细胞中的大量表达，但是这些基因之间的关系仍然很难捉摸。本研究建立了在CD33、INPP5D、SORL1和TREM2基因座中含有AD变体的同源人类胚胎干细胞衍生的小胶质细胞样细胞系(hMGLs)，并获得了一个包含ATAC-seq、ChIP-seq、RNA-seq和蛋白质组学的综合性图谱数据集。在AD突变体SORL1和TREM2 hMGLs中观察到AD样表达特征，而表观遗传学和表达数据集的综合多组学分析表明APOE作为会聚性致病节点的上调。本研究还观察到SORL1和TREM2之间的交叉调节关系，其中SORL1R744X hMGLs诱导TREM2表达以增强APOE表达。AD相关的SORL1和TREM2突变也以APOE依赖的方式在体外损害了hMGL Aβ的摄取，并减弱了小鼠AD异种脑移植中Aβ的摄取/清除。利用这一人类小胶质细胞的建模和分析平台，研究者为AD基因的上位性相互作用提供了新的见解，并证明了小胶质细胞AD基因在APOE位点的趋同性。

图1、本研究概况图。

流式分选 + RNA-seq

题目：Differential gene expression of tumor-infiltrating CD8+ T cells in advanced versus early-stage colorectal cancer and identification of a gene signature of poor prognosis

肿瘤浸润性CD8+ T细胞在晚期和早期结直肠癌中的差异基因表达及预后不良基因特征的鉴定

发表期刊：J Immunother Cancer 发表时间：2020-9-8 影响因子：9.913

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背景：细胞毒性CD8+ T细胞介导的反应是获得性免疫最重要的一环，它决定了宿主免疫反应根除肿瘤细胞的能力。由于肿瘤的内在和/或外在因素，CD8+肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)的密度和功能可能受到损害，导致不良预后和存活。

方法：采用RNA-Seq技术，将结直肠癌治疗晚期(III期和IV期) 与早期(I期和II期)的共18名患者分选的CD3+CD8+ TILs的转录组进行比较。鉴定出一种被称为“预后不良CD8基因图谱(ppCD8sig)”的信号，并在TCGA数据库中进行了分析。计算ppCD8sig的评分，并将其分为高、中、低三类，使用多变量分析和Cox比例风险模型评估其预后意义。通过流式细胞仪和免疫染色对ppCD8sig评分高和低的患者肿瘤中CD3+和CD8+ T细胞浸润的密度进行评估。

结果：晚期患者CD8+ TILs中表观遗传调控和缺氧反应相关基因上调，而T细胞活化、细胞增殖和细胞周期相关基因下调。ppCD8sig评分高的患者具有较差的疾病特异性生存率(DSS)和较短的无进展间期(PFI)。此外，ppCD8sig评分高的患者更有可能出现晚期和初次治疗后的残留疾病。与ppCD8sig评分较低的患者相比，ppCD8sig评分较高的患者CD3+和CD8+ TILs水平较低，免疫核心(IS)较低。

结论：本研究的数据提供了在结直肠癌进展过程中CD8+ TILs中生物学机制和信号通路调节改变的见解，并揭示了作为独立预后指标的基因特征。ppCD8sig评分高的患者TILs水平较低，IS较低。这些数据进一步证实了所鉴定的ppCD8sig的预后价值，并潜在地强调了其临床相关性。

图2、研究概况示意图。

WES + RNA-seq +SNP genotyping + qRT-PCRseq

题目：Molecular characteristics of varicocele: integration of whole-exome and transcriptome sequencing

精索静脉曲张的分子特征：全外显子组和转录组测序的整合

发表期刊：Fertil Steril 发表时间：2020-9-8 影响因子：6.312

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本研究目的是探讨精索静脉曲张（VE）发病机制潜在的外显子组和转录组特征。实验患者为父亲也患有VE的11名VE患者，加上另外151名患者和324名健康男性；实验大鼠模型为8只Sprague-Dawley雄性大鼠。干预处理是肾静脉部分结扎大鼠建立了全转录组测序模型。通过RNA-seq和全外显子测序(WES)检测具有差异表达和/或含有潜在致病变异体的基因，然后进行基于群体的调查以定义VE的候选基因，并通过GO和KEGG进行分析以识别VE相关途径。结果用5只大鼠精索静脉曲张模型和3只对照进行全转录组测序。作者通过RNA-seq识别了9，688个基因和18个途径，并通过WES识别了160个基因，其中包含279个潜在的有害变体和16个途径。9个基因(AAMP、KMT2D、IRS2、SPINT1、IFT122、MKI67、DCHS1、LAMA2和CBL)在一个以上WES检测的患者中有变异，其中6个基因(AAMP、SPINT1、MKI67、IFT122、LAMA2和DCHS1)显示出差异表达。基于人群的调查显示，AAMP、SPINT1和MKI67与VE风险密切相关。两种组学数据集整合结果揭示了与VE潜在相关的四个途径。本研究首次描述了VE的外显子组和转录组特征信息。两种组学确定了新的候选基因和涉及VE发生和发展的途径。

图3、本研究路线图。

Small ncRNA sequencing

题目：A mouse tissue atlas of small noncoding RNA

小鼠小非编码RNA组织图谱

发表期刊：PNAS 发表时间：2020-9-25 影响因子：9.412

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小非编码RNA在健康和疾病等广泛的生物过程中起着至关重要的作用。小ncRNA表达的全面定量参考将显著提高我们对ncRNA在塑造组织功能中作用的理解。在这里，研究者通过深度测序系统地描述了11个小鼠组织中五种ncRNA类(microRNA [miRNA]、小核仁RNA [snoRNA]、小核RNA [snRNA]、小Cajal体特异性RNA[ScRNA]和转移RNA [tRNA]片段)的水平。使用跨两性的14个生物复制，作者发现30%的小ncRNAs以组织特异性的方式分布在全身，一些也是二态的。研究发现一些miRNA在健康组织之间进行“手臂转换”，并且tRNA片段以基因和组织特异性的方式保留在组织中。在11个描述的组织中，研究证实大脑包含最大数量的独特的小ncRNA转录物，其中一些先前被注释，而其他的在本研究中被鉴定。此外，通过将这些发现与单细胞染色质可及性(scATAC-seq)数据相结合，能够将已鉴定的脑特异性ncRNAs与其来源的细胞类型联系起来。这些结果产生了迄今为止在个体鼠组织中特异性和普遍存在的小RNA的最全面的特征，期望这些数据将成为进一步鉴定参与健康组织功能和疾病功能障碍的非ncRNA的资源。

图4、小鼠组织中小ncRNA的表达。

RNA-seq + 代谢组

题目：Comprehensive phenotyping and multi-omic profiling in the toxicity

assessment of nanopolystyrene with different surface properties

不同表面特性纳米聚苯乙烯毒性评价中的表型和多组学分析

发表期刊：J Hazard Mater. 发表时间：2020-9-27 影响因子：9.038

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人们越来越关注陆地纳米塑料污染物的毒性效应。然而，一个基于表型和组学的用于对土壤生物具有不同表面特性的纳米塑料进行毒性评估策略仍有待建立。在这里，作者进行了表型和转录组加代谢组的分析，用1 μg/mL和10 μg/mL的纳米聚苯乙烯（PS）暴露24小时检测对秀丽隐杆线虫的分子影响。结果发现PS极大地影响了线虫的繁殖和运动，并增加了线虫的氧化应激，而不管它们的表面性质如何。然而，每种类型的PS对线虫的代谢组和脂类代谢的影响是不同的。不带电的PS (PS-N)引发显著的代谢紊乱，而PS-NH2和PS-COOH的代谢影响是微小的。PS-N处理后转录组的失调与代谢途径密切相关。此外，观察到与自噬和寿命相关的几个基因的表达发生了改变。总的来说，本研究证明了基于表型和多组学的分析建立了一个实用的框架，使我们能够更深入地了解线虫PS的不适应后果，它可用于评估陆地生态系统中的其他环境污染物。

图5、暴露于纳米聚苯乙烯颗粒下对线虫代谢途径的影响。

RNA-seq + qRT-PCR

题目：Deciphering Transcriptional Regulators of Banana Fruit Ripening by Regulatory Network Analysis

用调控网络分析解读香蕉果实成熟的转录调控因子

发表期刊：Plant Biotechnol J. 发表时间：2020-9-13 影响因子：8.154

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水果成熟是水果生产和销售的关键阶段。以往的研究表明，果实成熟是一个高度协调的过程，主要受转录水平的调节，其中转录因子起着至关重要的作用。因此，鉴定调控果实成熟的关键转录因子及其相关调控网络有望有助于更好地理解果实成熟。在这项研究中进行了时间基因表达分析，以研究香蕉果实成熟，目的是识别果实成熟背后的基因调控网络的全球架构。实验分析了八个时间点，包括表型的动态变化、相关的生理学和已知成熟标记基因的水平。结合加权基因共表达网络（WGCNA）和cis-Motif富集分析的结果以及后续功能实验，构建了香蕉果实成熟的调控网络，从中鉴定出25个转录因子作为主要候选因子，通过调控不同的成熟相关途径来调控成熟过程。本研究首次提出了香蕉果实成熟相关基因调控网络的全景观点，这可能为有针对性地控制果实成熟以获得更高的香蕉产量和减少损失的香蕉商业化提供基础。

图6、本实验样本表型图

RNA-seq + qRT-PCR

题目：RNA-Seq profiling reveals the plant hormones and molecular mechanisms stimulating the early ripening in apple

RNA-Seq图谱揭示了促进苹果早熟的植物激素和分子机制

发表期刊：Genomics 发表时间：2020-9-20 影响因子：6.205

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水果的发育和成熟是人类和动物饮食的重要组成部分。从商业角度来看，果实成熟也是植物货架期的重要经济性状。本研究以两个苹果品种—Hanfu野生型 (HC)和Hanfu突变体(HM)为材料，进行了RNA-Seq，以探索果实成熟的相关基因。本研究检测到2642个基因在HC和HM苹果品种中有差异表达。GO分析揭示了569个类别，在生物过程、细胞成分和分子功能方面显著丰富。KEGG分析揭示了植物激素转导和类黄酮-花青素生物合成途径，可能参与果实成熟和花青素生物合成机制。检测到13个和26个DEGs的聚类，分别代表植物激素和转录因子，它们对HM基因型的早熟可能是重要的。这项转录组研究将有助于研究人员从功能上表征早熟的基因。

RNA-seq

题目：Tracing key genes associated with the Pinctada margaritifera albino phenotype from juvenile to cultured pearl harvest stages using multiple whole transcriptome sequencing

利用多阶段全转录组测序追踪从幼年到养殖珍珠收获阶段与珠母贝白化表型相关的关键基因

发表期刊：BMC Genomics 发表时间：2020-9-25 影响因子：3.594

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白化突变常见于动物界，包括双壳类动物。在黑唇珠母贝中，白化标本的特征是完全或部分没有着色，导致典型的白壳表型表达。珍珠层颜色与养殖珍珠颜色之间的关系在珍珠层中具有很大的经济价值，珍珠产业就是建立在珍珠层上的。因此，白化表型提供了一个有用的方法来检查色素沉着的分子机制。本研究在珠母贝整个培养周期的三个阶段，利用全转录组RNA测序进行分析，结果显示白化型和黑色野生型表型分别有1606、798和187个差异表达基因。这些基因被发现涉及五个主要的分子途径，与已知的色素沉着途径密切相关：黑素生成、钙信号途径、Notch信号途径、色素运输和生物矿化。此外，选择了显著的与表型相关的SNPs(N = 159)，包括两个位于Pif生物矿化基因中的SNPs，该基因编码珍珠层的形成。有趣的是，在幼年(N = 1366)和成年外套膜组织(N = 313)之间检测到显著不同的转录物剪接，例如酪氨酸酶Tyr-1基因，其在外套膜中显示更复杂的调节，以及编码Notch1的基因，其在白化幼期中上调。这种多阶段的RNA-seq方法提供了与珠母贝白化表型相关的基因的新认识，突出了：1)新的分子途径，如色素沉着中的Notch信号途径，2)与感兴趣的生物矿化基因(如Pif)相关的SNP标记，用于标记辅助选择和防止近亲繁殖，以及3)与酪氨酸酶相关的黑色素生物合成的基因剪接。