تجزیه بیان ژن به روش توالی‌یابی RNA

نوع مقاله : مروری سیستماتیک

نویسندگان

1 گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

3 گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، مرکز ملی مهندسی ژنتیک، تهران، ایران

4 گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده
رمزگشایی توالی DNA برای همه شاخه‌های علوم زیستی، حیاتی است. توالی‌یابی نسل جدید (NGS)، رویکردی متفاوت در توالی‌یابی است که تحولی عظیم در علم زیست‌شناسی ایجاد کرده و جنبه‌های مختلفی از مطالعات در سطح ژنوم، ترنسکریپتوم، اپی‌ژنوم و متاژنوم را پوشش می‌دهد. در مقایسه با روش‌های سنتی، نسل جدید توالی‌یابی، با فراهم‌کردن پوشش بالای ژنومی، تفکیک‌پذیری در حد تک‌تک جفت‌بازها و رفع معایب نسل اول توالی‌یابی (توالی‌یابی سانگر)، روشی با کارآیی بالا برای آنالیز اطلاعات ژنومی و ترنسکریپتومی است. استفاده از نسل جدید توالی‌یابی برای بررسی ترنسکریپتوم موجودات زنده مدل و غیرمدل از سال‌های ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶ پس از تجاری‌شدن دستگاه‌های شرکت‌های مختلف مثل ABI/SOLiD Illumina، Roch/۴۵۴ Life Science و Solexa آغاز شده است. در سال‏های اخیر تکنیک توالی‌یابی RNA برای شناسایی ژن‏های مرتبط با فرآیندهای رشدونموی و بررسی الگوهای بیان آنها در پاسخ به انواع تنش‏های زیستی و غیرزیستی، در اندام‏ها و مراحل متعدد رشدی در موجودات مختلف و همچنین میزان بیان ژن‌ها، تفکیک ایزوفرم‌های مختلف از یکدیگر، شناسایی امتزاج ژن‌ها، یافتن چندشکلی‌های تک‌نوکلئوتیدی (SNP)، عناصر تکراری، وقایع اتصال جایگزین، پیداکردن اسیدهای ریبونوکلئیک غیررمزگر، پیداکردن اگزون‌های ژنی و رونوشت‌های جدید، مناطق غیرترجمه‌شونده (UTR)، جهش‌های پیکری و غیره، به‌طور گسترده استفاده می‏شود. روش توالی‌یابی RNA شامل شناسایی نمونه‌های زیستی مناسب، استخراج RNAکل، غنی‌سازی RNAهای غیرریبوزومی، تبدیل RNA به cDNA و ساخت کتابخانه‌های توالی‌یابی، انتخاب قطعات براساس اندازه، اضافه‌کردن لینکرها، استفاده از توالی‌یاب‌ها یا پلت‌فرم‌های با توان عملیاتی بالا به‌منظور تولید صدها میلیون خوانش کوتاه، استفاده از نرم‌افزارهای خاصی به‌منظور کنترل کیفیت و تطابق خوانش‌ها با ژنوم مرجع یا ترنسکریپتوم، نقشه‌بردای و آنالیزهای پایین‌دستی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Berglund EC, Kiialainen A, Syvänen AC. Next-generation sequencing technologies and applications for human genetic history and forensics. Investig Genet. 2011;2:23. [Link] [DOI:10.1186/2041-2223-2-23]
Quail MA, Smith M, Coupland P, Otto TD, Harris SR, Connor TR, et al. A tale of three next generation sequencing platforms: Comparison of Ion Torrent, Pacific Biosciences and Illumina MiSeq sequencers. BMC Genom. 2012;13(1):341. [Link] [DOI:10.1186/1471-2164-13-341]
Xiong M, Zhao Z, Arnold J, Yu F. Next-generation sequencing. J Biomed Biotechnol. 2010;2010:370710. [Link] [DOI:10.1155/2010/370710]
Liu T, Zhu S, Tang Q, Chen P, Yu Y, Tang S. De novo assembly and characterization of transcriptome using Illumina paired-end sequencing and identification of CesA gene in ramie (Boehmeria nivea L. Gaud). BMC Genom. 2013;14(1):125. [Link] [DOI:10.1186/1471-2164-14-125]
Morozova O, Marra MA. Applications of next-generation sequencing technologies in functional genomics. Genomics. 2008;92(5):255-64. [Link] [DOI:10.1016/j.ygeno.2008.07.001]
Liu J, Zhou Y, Luo C, Xiang Y, An L. De novo transcriptome sequencing of desert herbaceous Achnatherum splendens (Achnatherum) seedlings and identification of salt tolerance genes. Genes. 2016;7(4):12. [Link] [DOI:10.3390/genes7040012]
Mahmoudi P, Moieni A, Khayam Nekoei SM, Mardi M, Hosseini Salekdeh GH. Analysis of saffron stigma (Crocus sativus L.) transcriptome using SOAPdenovo and Trinity assembly software. Crop Biotechnol. 2014;6:35-46. [Persian] [Link]
Mochida K, Shinozaki K. Advances in omics and bioinformatics tools for systems analyses of plant functions. Plant Cell Physiol. 2011;52(12):2017-38. [Link] [DOI:10.1093/pcp/pcr153]
Mansouri M, Naghavi MR, Alizadeh H, Mohammadinejad G, Mousavi SA, Hosseini Salekdeh G. Expression profiling of genes involved in signaling process in Aegilops tauschii under salinity stress. Iran J Filed Crop Sci. 2016;47(2):205-16. [Persian] [Link]
Hu L, Li H, Chen L, Lou Y, Amombo E, Fu J. RNA-seq for gene identification and transcript profiling in relation to root growth of bermudagrass (Cynodon dactylon) under salinity stress. BMC Genom. 2015;16(1):575. [Link] [DOI:10.1186/s12864-015-1799-3]
Dang ZH, Qi Q, Zhang HR, Li HY, Wu SB, Wang YC. Identification of salt-stress-induced genes from the RNA-Seq data of Reaumuria trigyna using differential-display reverse transcription PCR. Int J Genom. 2014;2014:381501. [Link] [DOI:10.1155/2014/381501]
Zhou Y, Yang P, Cui F, Zhang F, Luo X, Xie J. Transcriptome analysis of salt stress responsiveness in the seedlings of Dongxiang wild rice (Oryza rufipogon Griff.). PLoS One. 2016;11(1):e0146242. [Link] [DOI:10.1371/journal.pone.0146242]
Mardis ER. A decade's perspective on DNA sequencing technology. Nature. 2011;470(7333):198-203. [Link] [DOI:10.1038/nature09796]
Griffith M, Walker JR, Spies NC, Ainscough BJ, Griffith OL. Informatics for RNA sequencing: A web resource for analysis on the cloud. PLoS Comput Biol. 2015;11(8):e1004393. [Link] [DOI:10.1371/journal.pcbi.1004393]
Jazayeri SM, Melgarejo Muñoz LM, Romero HM. RNA-seq: A glance at technologies and methodologies. Acta Biológica Colombiana. 2015;20(2):23-35. [Link] [DOI:10.15446/abc.v20n2.43639]
Schliesky S, Gowik U, Weber AP, Bräutigam A. RNA-seq assembly-are we there yet?. Front Plant Sci. 2012;3:220. [Link] [DOI:10.3389/fpls.2012.00220]
Soneson C, Delorenzi M. A comparison of methods for differential expression analysis of RNA-seq data. BMC Bioinform. 2013;14(1):91. [Link] [DOI:10.1186/1471-2105-14-91]
Konczal M, Koteja P, Stuglik MT, Radwan J, Babik W. Accuracy of allele frequency estimation using pooled RNA‐Seq. Mol Ecol Resour. 2014;14(2):381-92. [Link] [DOI:10.1111/1755-0998.12186]
Mortazavi A, Williams BA, McCue K, Schaeffer L, Wold B. Mapping and quantifying mammalian transcriptomes by RNA-Seq. Nat Methods. 2008;5(7):621-8. [Link] [DOI:10.1038/nmeth.1226]
Sooknanan R, Pease J, Doyle K. Novel methods for rRNA removal and directional, ligation-free RNA-seq library preparation. Nat Methods. 2010;7(10):858. [Link] [DOI:10.1038/nmeth.f.313]
Shokralla S, Spall JL, Gibson JF, Hajibabaei M. Next‐generation sequencing technologies for environmental DNA research. Mol Ecol. 2012;21(8):1794-805. [Link] [DOI:10.1111/j.1365-294X.2012.05538.x]
Steinbock LJ, Radenovic A. The emergence of nanopores in next-generation sequencing. Nanotechnology. 2015;26(7):074003. [Link] [DOI:10.1088/0957-4484/26/7/074003]
Pease J, Sooknanan R. A rapid, directional RNA-seq library preparation workflow for Illumina® sequencing. Nat Methods. 2012;9:i-ii. [Link] [DOI:10.1038/nmeth.f.355]
Chikhi R, Medvedev P. Informed and automated k-Mer size selection for genome assembly. Bioinformatics. 2014;30(1):31-7. [Link] [DOI:10.1093/bioinformatics/btt310]
Ramirez-Gonzalez RH, Leggett RM, Waite D, Thanki A, Drou N, Caccamo M, et al. StatsDB: Platform-agnostic storage and understanding of next generation sequencing run metrics. F1000Res. 2013;2:248.
https://doi.org/10.12688/f1000research.2-248.v1 [Link] [DOI:10.12688/f1000research.2-248.v2]
Haas BJ, Zody MC. Advancing RNA-seq analysis. Nat Biotechnol. 2010;28(5):421-3. [Link] [DOI:10.1038/nbt0510-421]
Fonseca NA, Rung J, Brazma A, Marioni JC. Tools for mapping high-throughput sequencing data. Bioinformatics. 2012;28(24):3169-77. [Link] [DOI:10.1093/bioinformatics/bts605]
Trapnell C, Williams BA, Pertea G, Mortazavi A, Kwan G, Van Baren MJ, et al. Transcript assembly and quantification by RNA-Seq reveals unannotated transcripts and isoform switching during cell differentiation. Nat Biotechnol. 2010;28(5):511-5. [Link] [DOI:10.1038/nbt.1621]
Robinson MD, Oshlack A. A scaling normalization method for differential expression analysis of RNA-seq data. Genome Biol. 2010;11(3):R25. [Link] [DOI:10.1186/gb-2010-11-3-r25]
Bullard JH, Purdom E, Hansen KD, Dudoit S. Evaluation of statistical methods for normalization and differential expression in mRNA-Seq experiments. BMC Bioinform. 2010;11(1):94. [Link] [DOI:10.1186/1471-2105-11-94]
Al Seesi S, Tiagueu YT, Zelikovsky A, Măndoiu II. Bootstrap-based differential gene expression analysis for RNA-Seq data with and without replicates. BMC Genom. 2014;15(Suppl 8):S2. [Link] [DOI:10.1186/1471-2164-15-S8-S2]