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『每日资讯』基因组学专题
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1.非洲人后裔泛基因组


From Nature GeneticsAssembly of a pan-genome from deep sequencing of 910 humans of African descent.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-018-0273-y

 

本研究使用了一个深度测序的910个个体的数据集,这些个体都是非洲人后裔,构建了一组DNA序列,但缺少参考人类基因组。 研究者将来自910个体的1.19万亿个reads片段与参考基因组(GRCh38)进行比对,收集所有未能比对的reads,并将这些reads组装成contig(重叠群)。 然后,将所有contig相互比较,以鉴定一组代表参考基因组缺失的非洲泛基因组区域的独特序列。 本分析揭示了非洲人后裔中125,715个不同contig中的296,485,284 bp,表明非洲泛基因组含有比目前人类参考基因组多约10%的DNA 虽然几乎所有这些序列的功能意义尚不清楚,但387个新的contig包含315个不同的蛋白质编码基因,其余的似乎是基因间区。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Overview of methods.

 

2.基因组揭示了猩猩物种之间适应性进化的显著差异

 

From Genome BiologyGenomes reveal marked differences in the adaptive evolution between orangutan species.

 

DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-018-1562-6

 

整合群体统计学和适应性进化是了解大猩猩的进化历史和保护的关键。然而,对于我们最亲近的亲属的适应性进化知之甚少,特别是在环境差异的适应发生的程度和程度。在这里,研究者使用来自北苏门答腊(Pongo abelii)和婆罗洲(P. pygmaeus)的极度濒危猩猩的全基因组测序数据来研究每个物种对更新世期间环境差异的适应性反应。

 

考虑到每个物种在分裂~1 Ma之前明显不同的群体动态历史,研究者表明每个岛屿的持续环境差异对Pongo属的适应性进化产生了强烈的影响。在一系列正面选择测试中,他们发现了岛屿间和物种间差异的一致模式。在更具生产力的苏门答腊环境中,最值得注意的阳性选择信号涉及与大脑和神经元发育,学习和葡萄糖代谢相关的基因。然而,在婆罗洲,正选择包括参与脂质代谢的基因,以及心脏和肌肉活动。

 

研究者发现在每个物种的强阳性选择下,出现了显著不同的基因组。在苏门答腊猩猩中,选择模式与物种之间记录良好的认知和行为差异是一致的,例如更大和更复杂的文化库和更高的社会程度。然而,在婆罗洲的猩猩中,对波动的环境条件的选择性反应似乎已经产生了对通常较低和暂时更不可预测的食物供应的生理适应性。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Distribution and population structure of the genus Pongo.

 

3.丽鱼科物种重测序揭示其多次基因交流

 

From Nature Ecology & EvolutionWhole-genome sequences of Malawi cichlids reveal multiple radiations interconnected by gene flow.

 

DOIhttps://doi.org/10.1038/s41559-018-0717-x

 

马拉维湖的数百种慈鲷鱼类是最近最广泛的脊椎动物适应性辐射的产物。在这里,研究者通过对涵盖所有主要谱系的73种物种的134个个体进行测序来表征其基因组多样性。物种对之间的平均序列差异仅为0.1-0.25%。这些分歧值重叠物种内的多样性,82%的杂合性在物种之间共享。系统发育分析表明,多样化最初是通过连续分支来自通用的类Astototilapia-ancestor进行的。然而,没有一种物种树能够充分代表所有物种的关系,并且有多次基因流动的证据。由远缘相关的深水物种共享的视觉和氧运输基因选择的共同特征指向适应性渐渗和独立选择。这些发现增强了我们对快速物种多样化的基因组过程的理解,并为未来马拉维辐射的遗传分析提供了平台。[3]

 图3.jpg

Figure 3 The Lake Malawi haplochromine cichlid radiation.

 

4.GWAS研究结果的遗传风险评估

 

From Genome BiologyGenetic disease risks can be misestimated across global populations.

 

DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-018-1561-7

 

准确评估健康差异需要对不同人群的遗传风险有无偏见的认知。不幸的是,大多数全基因组关联研究使用基因分型阵列和欧洲样本。在这里,研究者整合了来自全球种群的全基因组序列数据,来自数千个全基因组关联研究(GWAS)的结果,以及广泛的计算机模拟,以确定遗传疾病风险如何被错误估计。

 

与无效期望相反,研究者发现与其他大陆相比,非洲人群在已知疾病基因座上的风险等位基因频率显著不同。引人注目的是,非洲发现祖先的风险等位基因频率高出9.51%,非洲的风险等位基因频率低于5.40%。通过模拟具有不同研究群体的GWAS,研究者发现非非洲群体产生具有偏向等位基因频率的疾病关联,并且非洲群组产生相对无偏倚的疾病关联。他们还发现经验证据表明基因分型阵列和SNP确定偏差有助于风险等位基因频率的大陆差异。由于这些原因,非洲人后裔的多基因风险评分可能会被严重误估。重要的是,如果GWAS使用全基因组序列和数十万个病例和对照,则风险等位基因频率的大陆差异仅适度减少。最后,未校正和校正的遗传风险评分之间的比较揭示了考虑风险等位基因是祖先还是衍生的好处。

 

本研究结果表明,在推断一个人群的GWAS结果来预测另一个人群的疾病风险时,必须谨慎行事。[4]

 图4.jpg

Figure 4 GWAS in bottlenecked European populations catch different types of disease loci than GWAS in non-bottlenecked African populations.

 

参考文献

1.Sherman, R.M., et al., Assembly of a pan-genome from deep sequencing of 910 humans of African descent. Nature Genetics, 2018.

2.Mattle-Greminger, M.P., et al., Genomes reveal marked differences in the adaptive evolution between orangutan species. Genome Biology, 2018. 19(1): p. 193.

3.Malinsky, M., et al., Whole-genome sequences of Malawi cichlids reveal multiple radiations interconnected by gene flow. Nature Ecology & Evolution, 2018.

4.Kim, M.S., et al., Genetic disease risks can be misestimated across global populations. Genome Biology, 2018. 19(1): p. 179.

 


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『每日资讯』疾病认知:支气管扩张症;真菌的高通量测序与鉴定;piRNAs的重要功能综述;单细胞实
参考文献下载:链接:https://pan.baidu.com/s/1if2C4I1x44eR933Btf2KOw 提取码:qow4 1.疾病认知:支气管扩张症 From Nature Reviews Disease Primer...

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1.疾病认知:支气管扩张症

 

From Nature Reviews Disease PrimersBronchiectasis.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41572-018-0042-3

 

支气管扩张症是指支气管的异常扩张。气道扩张可导致粘液清除失败并增加感染风险。支气管扩张的病理生理机制包括持续的细菌感染,失调的免疫反应,粘膜纤毛清除受损和气道阻塞。这些机制可以相互作用并自我延续,随着时间推移导致肺功能受损。患者通常出现有效咳嗽和复发性胸部感染,支气管扩张的诊断基于临床症状和放射学检查结果。支气管扩张可能是几种不同潜在疾病的结果,确定病因对于指导管理至关重要。治疗旨在减少恶化的频率,改善生活质量和预防疾病进展。尽管监管机构尚未批准支气管扩张治疗,但有证据证明某些患者的气道清除技术,抗生素和粘液溶解剂(如吸入等渗或高渗盐水)的有效性。支气管扩张症是一种致残疾病,患病率增加,可影响任何年龄的个体。一项重大挑战是应用新兴的表型分型和内分型技术来确定最能从特定治疗中获益的患者群体,目标是更好地针对现有和新兴治疗方法并取得更好的结果。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Morphology of healthy and dilatated bronchi.

 

2.真菌的高通量测序与鉴定

 

From Nature Reviews MicrobiologyMycobiome diversity: high-throughput sequencing and identification of fungi.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-018-0116-y

 

真菌是陆地和水生环境中的主要生态参与者,它们通过循环有机物质引导营养物质。真菌群落的高通量测序(HTS)研究正在重新绘制真菌王国的地图,暗示其巨大的 - 并且在很大程度上未知 - 的分类和功能多样性。然而,HTS方法存在一系列陷阱和潜在的偏见,警告不要对HTS技术和结果进行粗心的应用和解释。在本综述中,作者提供了HTS研究方面的概述和实用建议,从采样和实验室实践到数据处理和分析。作者还讨论了该领域即将出现的趋势和技术,并总结了针对真菌群落和HTS研究的最新和值得注意的结果。本综述强调了真菌群落研究中对可重复性和公共数据可用性的需求。如果克服了相关的挑战和概念障碍,HTS在真菌学和其他地方提供了巨大的可能性。[2]

 图2.jpg

Figure 2 The main steps in a fungal metabarcoding project.

 

3.piRNAs的重要功能综述

 

From Nature Reviews GeneticsPIWI-interacting RNAs: small RNAs with big functions.

 

DOI10.1126/science.aat6907

 

在动物中,长度为21-35个核苷酸的PIWI相互作用RNApiRNA)沉默转座因子,调节基因表达并对抗病毒感染。 piRNA指导PIWI蛋白切割靶RNA,促进异染色质组装并甲基化DNA piRNA途径的结构允许它为快速进化的病毒和转座子提供适应性的,基于序列的免疫,并调节保守的宿主基因。 piRNA使大多数动物的种系中的转座子沉默,而体细胞piRNA功能在进化过程中丢失,获得并再次丢失。 此外,大多数piRNA途径蛋白是非常保守的,但是不同的动物采用显著不同的策略来产生piRNA前体转录物。 本综述讨论了一个常见的piRNA途径如何让动物识别不同的目标,从自私的遗传元素到配子发生必需的基因。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Genomic sources of piRNAs.

 

4.单细胞实验设计指南

 

From Nature ProtocolsTutorial: guidelines for the experimental design of single-cell RNA sequencing studies.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41596-018-0073-y

 

单细胞RNA测序处于高分辨率的、复杂样品的表型分析实验的最前沿。虽然这种方法需要专门的设备和专业知识,但现在它已广泛应用于研究。然而,创建广泛适用的实验设计具有挑战性,因为每个实验都要求用户做出关于样品制备,RNA测序和数据分析的明智决策。为了促进这一决策过程,在本教程中,作者总结了当前的方法和分析选项,并讨论了它们对一系列研究方案的适用性。具体而言,作者提供有关分离单个细胞的最佳实践的信息,并提供不同细胞分辨率和规模下当前单细胞捕获方法的概述。制备RNA测序文库的方法在不同应用中有很大差异,作者讨论了对知情选择过程很重要的特征。错误或有偏见的分析可能导致误解或模糊生物重要信息。作者提供主要数据处理步骤和有意义数据解释选项的指南。这些指南将作为参考,支持用户构建单细胞实验框架 - 从样品制备到数据解释 - 根据基础研究背景量身定制。[4]

 图4.jpg

Figure 4 The single-cell RNA sequencing process.

 

参考文献

1.Chalmers, J.D., et al., Bronchiectasis. Nature Reviews Disease Primers, 2018. 4(1): p. 45.

2.Nilsson, R.H., et al., Mycobiome diversity: high-throughput sequencing and identification of fungi. Nature Reviews Microbiology, 2018.

3.Ozata, D.M., et al., PIWI-interacting RNAs: small RNAs with big functions. Nature Reviews Genetics, 2018.

4.Lafzi, A., et al., Tutorial: guidelines for the experimental design of single-cell RNA sequencing studies. Nature Protocols, 2018.

 


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『每日资讯』本周CNS精选
参考文献下载:链接:https://pan.baidu.com/s/1v4VelwsYqz7WWtQ7NI8PhA 提取码:071q 1.全基因组CRISPR筛选揭示了免疫功能的关键调节因子 From Cell,Genome-wi...

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1.全基因组CRISPR筛选揭示了免疫功能的关键调节因子


 

From CellGenome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.024

 

T细胞是免疫和癌症免疫疗法的中心效应物。基于CRISPRT细胞功能研究可以优先考虑用于药物开发的新靶标并改进基因重编程细胞疗法的设计。然而,大规模CRISPR筛选在原代人类细胞中具有挑战性。本文开发了一种新的方法,单指导RNAsgRNA)慢病毒感染Cas9蛋白电穿孔(SLICE),以确定原代人类T细胞刺激反应的调节剂。全基因组功能丧失筛选鉴定了必需的T细胞受体信号组分和在刺激后负调节增殖的基因。针对个体候选基因的靶向消融表征了编辑命中并鉴定了增强癌细胞杀伤的扰动。 SLICE结合单细胞RNA测序(RNA-seq)揭示了由关键遗传扰动改变的特征刺激 - 应答基因程序。 SLICE全基因组筛选也适用于鉴定免疫抑制介质,揭示控制腺苷信号反应的基因。 SLICE平台可实现原代细胞中功能基因靶标的无偏发现和表征。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Graphical Abstract.

 

2.遗传多态性对人免疫细胞基因表达的影响

 

From CellImpact of Genetic Polymorphisms on Human Immune Cell Gene Expression.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.022

 

虽然许多遗传变异与人类疾病的风险相关,但这些变异如何影响各种细胞类型中的基因表达仍然是未知的。为了解决这一差距,建立了DICE(免疫细胞表达数据库,表达数量性状基因座[eQTL]和表观基因组学)项目。考虑到所研究的所有人类免疫细胞类型和条件,研究者鉴定了总共12,254个独特基因的顺式eQTL,其代表在这些细胞类型中表达的所有蛋白质编码基因的61%。引人注目的是,这些基因中的大部分(41%)仅在单细胞类型中显示出与基因型的强顺式关联。他们还发现,生物性别与高度细胞特异性的免疫细胞基因表达的主要差异有关。这些数据集将有助于揭示疾病风险相关基因多态性对特定免疫细胞类型的影响,提供机制见解它们如何影响发病机制(https://dice-database.org)。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Graphical Abstract.

 

3.人体神经元动力学和唐氏综合症的体内建模

 

From ScienceIn vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome.

 

DOI10.1126/science.aau1810

 

人类大脑发育的最早阶段很难监测,但使用诱导多能干细胞(iPSCs)可以帮助阐明这一过程。 Real等人将源自人iPSC的神经祖细胞移植到成年小鼠的大脑中。 他们使用活体成像来观察所产生的神经元如何生长和连接。 人体细胞产生的神经元整合并发展出具有振荡活动的突触网络。 观察到树突状修剪并且涉及分支回缩而非退化的过程。 来自患有唐氏综合症的个体的细胞在移植到小鼠脑中时产生正常生长但显示树突棘移位减少且网络活性降低的神经元。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Single-cell-resolution in vivo imaging of human cortical tissue grafts reveals mechanisms of pruning.

 

4.OGG1的小分子抑制剂抑制促炎基因表达和炎症

 

From ScienceSmall-molecule inhibitor of OGG1 suppresses proinflammatory gene expression and inflammation.

 

DOI: 10.1126/science.aar8048

 

炎症的发生与活性氧物质和DNA中的7,8-二氢-8-氧鸟嘌呤(8-氧代G)等大分子的氧化损伤有关。 因为8-氧鸟嘌呤DNA糖基化酶1OGG1)结合8-oxoG并且因为Ogg1缺陷小鼠对急性和全身性炎症具有抗性,作者假设OGG1抑制可能代表预防和治疗炎症的策略。 他们开发了TH5487,一种OGG1的选择性活性位点抑制剂,它阻碍OGG18-oxoG的结合和修复,并且小鼠耐受良好。 TH5487可阻止肿瘤坏死因子-α诱导的OGG1-DNA相互作用,富含鸟嘌呤的促炎基因启动子。 这反过来又降低了核因子κBDNA占有率和促炎基因表达,导致免疫细胞向小鼠肺的募集减少。 因此,作者提出了一个概念证明,即靶向氧化性DNA修复可以减轻体内炎症。[4]

 图4.jpg

Figure 4 Development and validation of OGG1 inhibitors.

 

参考文献

1.Shifrut, E., et al., Genome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function. Cell.

2.Schmiedel, B.J., et al., Impact of Genetic Polymorphisms on Human Immune Cell Gene Expression. Cell.

3.Real, R., et al., In vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome. Science, 2018. 362(6416).

4.Visnes, T., et al., Small-molecule inhibitor of OGG1 suppresses proinflammatory gene expression and inflammation. Science, 2018. 362(6416): p. 834-839.

 


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『每日资讯』Nature专题
参考文献:链接:https://pan.baidu.com/s/1yEg0VZS9o1KKrWmvaT41aA 提取码:f2ya 1.妊娠早期胎盘的单细胞转录组 From Nature,Single-cell reconstruc...

参考文献:

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1.妊娠早期胎盘的单细胞转录组

 

From NatureSingle-cell reconstruction of the early maternalfetal interface in humans.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0698-6

 

在人类怀孕早期,子宫粘膜转变为蜕膜,胎儿胎盘植入蜕膜,胎盘滋养层细胞混合并与母体细胞相通。滋养层 - 蜕膜相互作用是妊娠常见疾病的基础,包括先兆子痫和死胎。本研究分析了来自妊娠早期胎盘的约70,000个单细胞的转录组,其具有匹配的母体血液和蜕膜细胞。人蜕膜的细胞组成揭示了位于不同蜕膜层的血管周围和基质细胞的亚群。蜕膜自然杀伤细胞有三个主要子集,具有独特的免疫调节和趋化因子谱。研究者开发了配体 - 受体复合物库和统计工具,通过这些分子相互作用来预测细胞 - 细胞通讯的细胞类型特异性。本数据识别许多调节相互作用,以防止在这种环境中有害的先天或适应性免疫反应我们的母胎界面单细胞图谱揭示了蜕膜和胎盘的细胞组织,以及对胎盘和繁殖成功至关重要的相互作用。[1]

 图1.jpg

Figure 1 An atlas of cells at the maternal–fetal interface.

 

2.单细胞转录组学揭示Hemimastigophora的进化地位

 

From NatureHemimastigophora is a novel supra-kingdom-level lineage of eukaryotes.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0708-8

 

现在几乎所有的真核生物形式都使用分子系统发育学归类到在五到八个超群中。 ''Hemimastigophora可能是最独特的形态定义的谱系,仍然等待这样的归类。在十九世纪首次发现,hemimastigotes是自由生活的掠食性原生生物,有两排鞭毛和独特的细胞结构;据作者所知,目前没有分子序列数据或培养方法可用于该组。在本文,研究者报告了基于高覆盖率,不依赖于培养的转录组学的系统发育学分析,其将Hemimastigophora置于所有已建立的真核生物超群之外。相反,他们包含一个独立的超界级别的血统,最有可能成为真核生物多样性的'Diaphoretickes'一半的姐妹分支(即'stramenopilesalveolatesRhizaria'超群(Sar),ArchaeplastidaCryptista,以及作为其他主要群体)。之前对Hemimastigophora作为门的排名低估了该群体的进化独特性,这对于研究真核生命的深层进化历史具有相当重要的意义 - 从了解基础细胞系统的起源到放置树根。研究者还建立了第一个hemimastigoteHemimastix kukwesjijk sp.nov。)的培养物,它将促进未来对真核生物进化和最后一个真核共同祖先的基因组学和细胞生物学研究。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Summary of phylogenomic analyses and distribution of select genes across eukaryotes.

 

3.埃及伊蚊基因组

 

From NatureImproved reference genome of Aedes aegypti informs arbovirus vector control.

 

DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-018-0692-z

雌性埃及伊蚊是每年感染超过4亿人的危险病毒病原体,包括登革热,黄热病,寨卡和基孔肯雅病毒。由于缺乏高质量的基因组装配,在理解蚊子生物学和开发抗击蚊子的工具方面的进展已经放缓。本周的Nature文章结合各种技术,产生显著改进的,完全重新注释的AaegL5基因组组装,并展示它如何加速蚊子科学。研究者将物理和细胞遗传学图谱联系起来,将已知化学感应离子型受体的数量增加一倍,将蚊子引导到人类寄主和产卵部位,进一步了解性别决定M基因座的大小和组成,并揭示了拷贝数变异。谷胱甘肽S-转移酶基因对杀虫剂抗性很重要。利用高分辨率数量性状基因座和群体基因组分析,研究者绘制了登革热载体能力和杀虫剂抗性的新候选物。 AaegL5将催化新的生物学见解和干预策略,以对抗这种致命的疾病载体。[3]

 图3.jpg

Figure 3 AaegL5 assembly statistics and annotation.

 

4.使用Cell-free DNA甲基化组进行敏感的肿瘤检测和分类

 

From NatureSensitive tumour detection and classification using plasma cell-free DNA methylomes.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0703-0

 

液体活检用于癌症检测和管理的使用正在迅速获得突出。目前用于检测循环肿瘤DNA的方法涉及使用无细胞DNA测序体细胞突变,但鉴于复发突变数量有限,这些方法对早期癌症患者的敏感性可能较低。相比之下,大规模的表观遗传改变 - 组织和癌症类型特异性 - 没有类似的约束,因此可能具有更大的能力来检测和分类早期疾病患者的癌症。本文研究者开发了一种灵敏的,基于免疫沉淀的方案,用于分析少量无循环细胞DNA的甲基化组,并证明能够检测富含肿瘤特异性模式的大规模DNA甲基化变化。研究者还展示了来自多种肿瘤类型的大量血浆样本的癌症检测和分类的强大性能。这项工作为基于无浆细胞DNA甲基化模式的早期癌症的微创检测,截获和分类建立生物标志物奠定了基础。[4]

 图4.jpg

Figure 4 The cfDNA methylome as a sensitive approach to detect ctDNA in low levels of input DNA.

 

参考文献

1.Vento-Tormo, R., et al., Single-cell reconstruction of the early maternal–fetal interface in humans. Nature, 2018. 563(7731): p. 347-353.

2.Lax, G., et al., Hemimastigophora is a novel supra-kingdom-level lineage of eukaryotes. Nature, 2018.

3.Matthews, B.J., et al., Improved reference genome of Aedes aegypti informs arbovirus vector control. Nature, 2018.

4.Shen, S.Y., et al., Sensitive tumour detection and classification using plasma cell-free DNA methylomes. Nature, 2018.

 


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『每日资讯』方法学专题
参考文献下载:链接:https://pan.baidu.com/s/1x5NRxPy-GJwT4Ab4mWQ8sw 提取码:ejkg 1.clampFISH:高特异性荧光检测核酸 From Nature Biotechnology...

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1.clampFISH:高特异性荧光检测核酸


 

From Nature BiotechnologyClampFISH detects individual nucleic acid molecules using click chemistrybased amplification.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.4286

 

用于检测细胞和组织中的单个核酸的方法,例如荧光原位杂交(FISH),受到相对低的信号强度和非特异性探针结合的限制。本研究提出点击放大FISHclampFISH),一种荧光检测核酸的方法,实现高特异性和高增益(> 400倍)信号放大。 ClampFISH探针以双螺旋方式与目标序列杂交时形成“C”构型。使用生物正交点击化学将探针的末端连接在一起,有效地将探针锁定在靶周围。迭代杂交并点击放大荧光强度。结果表明,clampFISH能够用低放大倍数显微镜和基于RNA的流式细胞仪检测RNA种类。此外,研究显示clampFISH探针的模块化设计允许RNADNA检测的多路复用,锁定机制防止扩增显微镜中的探针脱离,并且clampFISH可以应用于组织样品中。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Design and validation of clampFISH technology.

 

2.TetTCR-seq:高通量测定单细胞中T细胞受体的抗原特异性

 

From Nature BiotechnologyHigh-throughput determination of the antigen specificities of T cell receptors in single cells.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.4282

 

本文提出四聚体相关的T细胞受体测序(TetTCR-seq)以高通量将T细胞受体(TCR)序列与单细胞中的同源抗原连接。 使用通过体外转录和翻译快速产生的DNA条形码化抗原四聚体文库确定结合。 文章中还应用TetTCR-seq鉴定TCR与癌症新抗原的交叉反应性模式,并快速分离新抗原特异性TCR,与野生型抗原无交叉反应。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Workflow for generation of DNA-BC pMHC tetramer library and proof of concept for using TetTCR-seq for high-throughput linking of antigen binding to TCR sequences for single T cells.

 

3.VIPER:单细胞基因表达量imputation

 

From Genome BiologyVIPER: variability-preserving imputation for accurate gene expression recovery in single-cell RNA sequencing studies.

 

DOIhttps://doi.org/10.1186/s13059-018-1575-1

 

本文开发了一种方法VIPER,用于在单细胞RNA测序研究中插补表达量的零值,以促进单细胞水平的准确转录组定量。 VIPER基于非负稀疏回归模型,并且能够逐步推断出一组稀疏的局部邻域细胞,其最能预测用于插补的感兴趣细胞的表达水平。 本方法的一个关键特征是它能够在插补后保持细胞间基因表达的变异性。 最后通过几个精心设计的基于实际数据的分析实验说明了改方法的优势。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Estimated imputation weights inferred in the two steps of the VIPER method in four data sets.

 

4.DEMIC:量化和比较多个宏基因组样本中的细菌生长动态

 

From Nature MethodsQuantifying and comparing bacterial growth dynamics in multiple metagenomic samples.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41592-018-0182-0

 

没有完整基因组序列的微生物,其生长动态的准确量化在生物学上是重要的,但在宏基因组学中具有计算上的挑战性。 本研究提出微生物群落的动态估计(DEMIC; https://sourceforge.net/projects/demic/),一个基于重叠群和覆盖值的多样本算法,以推断重叠群与复制起点的相对距离,并准确地比较样品之间的细菌生长率。 研究者使用多个合成和真实数据集展示了DEMIC的强大性能。[4]

 图4.jpg

Figure 4 Computational pipeline of DEMIC.

 

参考文献

1.Rouhanifard, S.H., et al., ClampFISH detects individual nucleic acid molecules using click chemistry–based amplification. Nature Biotechnology, 2018.

2.Zhang, S.-Q., et al., High-throughput determination of the antigen specificities of T cell receptors in single cells. Nature Biotechnology, 2018.

3.Chen, M. and X. Zhou, VIPER: variability-preserving imputation for accurate gene expression recovery in single-cell RNA sequencing studies. Genome Biology, 2018. 19(1): p. 196.

4.Gao, Y. and H. Li, Quantifying and comparing bacterial growth dynamics in multiple metagenomic samples. Nature Methods, 2018.

 


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『每日资讯』大麦上万份种质资源GBS;外生菌根松露基因组学研究;单个染色体区域引发植物生物多样性;
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1.大麦上万份种质资源GBS


 

From Nature GeneticsGenebank genomics highlights the diversity of a global barley collection.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-018-0266-x

 

基因库拥有大部分主要粮食作物的品种,地方品种和作物野生近缘种的种质资源,但迄今为止它们的详细表征仅限于有限的核心集。本研究对德国非原生境种质库几乎所有大麦种质的全基因组GBS数据进行分析,可以深入了解驯化大麦的全球种群结构,并指出世界主要基因库之一的冗余和覆盖缺口。本研究的大样本量和密集标记数据为全基因组关联扫描提供了强大的动力。研究者检测了区分大麦基因库的形态性状的已知和新型基因座,找到了大麦和水稻中无倒锥芒的趋同选择的证据,并且表明传统农民喜欢赋予抗病毒感染抗性的主效抗性基因座。本研究概述了基因组学辅助基因库管理的未来发展方向,以及利用种质收集将自然变异与作物进化过程中的人类选择联系起来。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Genetic structure of barley ex situ accessions.

 

2.外生菌根松露基因组学研究

 

From Nature Ecology & EvolutionPezizomycetes genomes reveal the molecular basis of ectomycorrhizal truffle lifestyle.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-018-0710-4

 

Tuberaceae是共生松露形成真菌中最多样化的谱系之一。为了解外生菌根松露生活方式的分子基础,本研究比较了皮埃蒙特白松露(Tuber magnatum),Périgord黑松露(Tuber melanosporum),勃艮第松露(Tuber aestivum),猪松露(Choiromyces venosus)和沙漠松露(Terfezia)等的基因组。利用子囊菌的经时间校准的系统发育重建基因复制/丢失历史揭示了Tuberaceae特异性状可能与更高的基因多样化率相关。 Tuber物种的基因组特征似乎非常相似,具有高转座子含量,很少编码木质纤维素降解酶的基因,大量谱系特异性子实体上调基因和参与挥发性有机化合物代谢的基因的高表达。在T. magnatumT. melanosporum的外生菌根和子实体中表达的发育和代谢途径出乎意料地非常相似,即使它们在~100 Ma发现分歧。来自辛辣松露气味的挥发性有机化合物不是Tuber特异性基因创新的产物,而是依赖于现有基因库的差异表达。这些基因组资源将有助于解决松露生活方式和真菌生态学的基本问题。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Reconstructed gene duplication/loss histories along a time-calibrated phylogeny of 16 fungal species of Ascomycetes.

 

3.单个染色体区域引发植物生物多样性效应

 

From Nature Ecology & EvolutionA plant biodiversity effect resolved to a single chromosomal region.

 

DOIhttps://doi.org/10.1038/s41559-018-0708-y

 

尽管有大量证据表明生物多样性促进了植物群落的生产力,但在理解这种效应的机理基础方面的进展仍然缓慢,阻碍了预测生态学理论和农业应用的发展。在这里,本研究分析了实验植物群落中遗传上不同的拟南芥种质之间的非加性相互作用。通过结合生态学和定量遗传学的方法,研究者确定了一个主要的影响基因座,个体之间的等位基因差异增加了社区的地上生产力。在近等基因系的实验中,研究显示这种多样性效应独立于其他基因组区域起作用,并且可以解析为代表小于基因组的0.3%的单个区域。使用植物 - 土壤反馈实验,研究者还证明等位基因多样性在连续生长期内导致基因型特异性土壤遗传反应,即使在原始群落消失之后。因此,本工作表明,积极的多样性效应可能与单一的孟德尔因素有关,并且一系列复杂的社区属性可能有一个简单的原因。这可能为新的育种策略铺平道路,重点关注表现出超越孤立个体的表型特征;也就是说,在更高层次的生物组织中。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Combining ecological concepts and genetic methods.

 

4.细胞器DNA降解机制

 

From Nature PlantsOrganelle DNA degradation contributes to the efficient use of phosphate in seed plants.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-018-0291-x

 

线粒体和叶绿体(质体)都含有源自祖先内共生细菌的核外DNA。这些细胞器DNAorgDNA)编码有限的遗传信息,但是非常丰富,在营养组织中具有多个拷贝,例如成熟叶。丰富的orgDNA构成了大量的有机磷酸盐以及叶绿体中的RNA,当它被降解和重新定位时,可能有助于磷酸盐的回收利用。然而,orgDNA是否在叶片中成核降解仍然不清楚。在这项研究中,揭示了细胞器外切核酸酶DPD1在叶子衰老过程中降解丰富的orgDNA的主要机制。 DPD1降解系统在种子植物中是保守的,更值得注意的是,研究者发现当植物暴露于营养缺乏的条件下时,它与磷酸盐的有效利用相关。 DPD1的损失损害了磷向上组织的重新定位和对磷酸盐饥饿的反应,导致植物适应性降低。本研究结果强调,DNA也是一种内部富含磷酸盐的储库,自其内共生源以来一直保留在细胞器中。[4]

 图4.jpg

Figure 4 CpDNA copy number decline and upregulation of DPD1 during leaf fall in a deciduous tree, P. alba.

 

参考文献

1.Milner, S.G., et al., Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection. Nature Genetics, 2018.

2.Murat, C., et al., Pezizomycetes genomes reveal the molecular basis of ectomycorrhizal truffle lifestyle. Nature Ecology & Evolution, 2018.

3.Wuest, S.E. and P.A. Niklaus, A plant biodiversity effect resolved to a single chromosomal region. Nature Ecology & Evolution, 2018.

4.Takami, T., et al., Organelle DNA degradation contributes to the efficient use of phosphate in seed plants. Nature Plants, 2018.

 


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『每日资讯』本周综述合集
参考文献下载:链接:https://pan.baidu.com/s/1uOv6etLMsVVBy3C5KJU22w 提取码:8n2r 1.多发性硬化症 From Nature Reviews Disease Primers,Mul...

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1.多发性硬化症


 

From Nature Reviews Disease PrimersMultiple sclerosis.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41572-018-0041-4

 

多发性硬化症(MS)是年轻成人中枢神经系统中最常见的慢性炎症,脱髓鞘和神经退行性疾病。这种疾病是一种异质的,多因素的,免疫介导的疾病,受遗传和环境因素的影响。在大多数患者中,持续数天或数周的神经功能障碍的可逆发作是疾病初始阶段的特征(即临床孤立综合征和复发缓解型MS)。随着时间的推移,不可逆转的临床和认知缺陷得以发展。少数患者从一开始就有进展性疾病病程。 MS的病理标志是脑和脊髓中脱髓鞘病变的形成,这可能与神经轴突损伤有关。认为局灶性病变是由免疫细胞(包括T细胞,B细胞和骨髓细胞)浸润到中枢神经系统实质中引起的,伴有相关损伤。由于可用治疗的高成本和较差的就业前景以及患者及其护理人员的工作保留,MS的社会负担沉重。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Immune system dysregulation within the central nervous system in early and late MS.

 

2.睡眠时间短与心血管代谢风险

 

From Nature Reviews CardiologyShort sleep duration and cardiometabolic risk: from pathophysiology to clinical evidence.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41569-018-0109-6

 

短睡眠持续时间对个体的整体健康具有实质性影响。 睡眠时间短可能是生活习惯,环境因素或睡眠障碍的结果,如失眠或睡眠呼吸紊乱。 睡眠时间短与发病率和死亡率增加有关,主要来自心血管疾病(包括冠状动脉疾病,心律失常和高血压)。 已经提出了几种生物学机制作为短睡眠持续时间与这些疾病之间的可能联系,例如自主神经系统的参与,内皮功能,代谢调节,炎症和凝血系统。 在本综述中,概述了短睡眠持续时间对心血管健康和疾病的影响,并讨论了所涉及的主要病理生理机制,同时考虑了实验数据和临床证据。[2]

 图2.jpg

Figure 2 General effects of short sleep duration on different organs and systems.

 

3.饮食代谢,肠道菌群,和心力衰竭

 

From Nature Reviews CardiologyDietary metabolism, the gut microbiome, and heart failure.

 

DOIhttps://doi.org/10.1038/s41569-018-0108-7

 

对肠道微生物群如何促进人类健康和疾病的理解,扩大了我们对微生物组成和功能如何影响人类宿主的洞察力。心力衰竭与内脏循环充血相关,导致肠壁水肿和肠屏障功能受损。这种情况被认为通过增加细菌移位和全身血液循环中细菌产物的存在来提高整体炎症状态。由饮食代谢产生的肠道微生物产生的几种代谢物与诸如动脉粥样硬化,高血压,心力衰竭,慢性肾病,肥胖和2型糖尿病等病症有关。这些发现表明肠道微生物组通过产生可直接或间接影响宿主生理的生物活性代谢物而起到内分泌器官的作用。在本综述中,作者讨论了几种新发现的肠道微生物代谢途径,包括三甲胺和三甲胺N-氧化物,短链脂肪酸和二级胆汁酸的产生,它们似乎参与了心血管疾病的发展和进展,包括心脏衰竭。作者还讨论了肠道微生物组作为治疗心血管疾病的新治疗靶点,以及针对肠道微生物过程的潜在策略。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Microbial–host meta-organismal pathway linking dietary metabolism, the gut microbiota, and cardiorenal disease progression.

 

4.液体活检的当下和未来

 

From Nature Reviews GeneticsCurrent and future perspectives of liquid biopsies in genomics-driven oncology.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41576-018-0071-5

 

精准肿瘤学寻求利用有关癌症的分子信息来改善患者的治疗效果。 组织活检样本广泛用于表征肿瘤,但受到采样频率的限制及其对整个肿瘤体积的不完整性的限制。 现在,人们的注意力转向微创液体活检,可以分析血液等体液中的肿瘤成分(包括循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA)。 研究表明,它们可以追踪肿瘤的进化动力学和异质性,并且可以早期发现治疗抵抗,残留疾病和复发,从而突出了液体活检的潜力。 然而,在实现这种潜力之前,必须严格证明液体活检的分析有效性和临床效用。

精准肿瘤学的关键目标是改善癌症的诊断和治疗。为此,可以将多种基因组和其他分子分析应用于肿瘤材料,以帮助鉴定已知的预测标记,以指导治疗的选择,推导出可以估计预后的分子亚型分类,表征肿瘤中涉及的体细胞改变,进展,检测破坏的途径,并确定转移性疾病的分子判别。尽管已经使用一系列基于NGS的方法来详细描述肿瘤基因组,但通过全面的多参数分析可以实现更准确的肿瘤类型分类。例如,癌症基因组图谱(TCGA)研究网络在DNARNA,蛋白质和表观遗传水平上产生了数百个肿瘤的综合分子谱。这些多参数分析可以更好地了解分子畸变及其在肿瘤类型中的功能作用,并确定新的肿瘤亚型。重要的是,这些努力导致了新药物目标的确定,这是实现精准医学承诺的先决条件。然而,获得用于分子谱分析的肿瘤材料通常取决于侵入性程序,这种程序并不总是可行的,并且不适合于对肿瘤基因型的连续监测。

 

因此,精确肿瘤学的重点越来越多地转向液体活检,因为它们是非侵入性的并且可以在多个时间点重复,这有利于疾病过程的监测。实际上,现在正在尝试使用它们来早期发现癌症。术语液体活组织检查首先用于描述可以从血液样本中获得相同诊断信息的方法,该血液样本通常来自组织活检样本。在肿瘤学中,该术语广泛用于指各种生物液体(主要是血液)以及其他相当容易获得的液体(如尿液,腹水或胸腔积液)的分析物的取样和分析。外周血中的分析物包括循环肿瘤细胞(CTC;循环无细胞DNAcfDNA),其在癌症患者中含有循环肿瘤DNActDNA;循环无细胞RNAcfRNA),主要含有小RNA,但也含有mRNA;循环细胞外囊泡(EVs),如外泌体;肿瘤学教育的血小板(TEPs;蛋白质;和代谢物。总之,这些分析物有可能提供通常由病理学家获得的原发性肿瘤或转移灶特征的信息。除了通常从CTCctDNA获得的基因组突变和拷贝数改变的信息之外,液体活组织检查越来越多地用于产生关于转录组,表观基因组,蛋白质组和代谢组的信息。此外,基于人工智能的新型生物信息学工具开始将液体活检领域转向真正的多参数分析。[4]

 图4.jpg

Figure 4 Factors influencing the sensitivity of a plasma cell-free DNA test .

 

 图5.jpg

Figure 5 Combination strategies for early detection of cancer from liquid biopsy samples.

 

参考文献

1.Filippi, M., et al., Multiple sclerosis. Nature Reviews Disease Primers, 2018. 4(1): p. 43.

2.Tobaldini, E., et al., Short sleep duration and cardiometabolic risk: from pathophysiology to clinical evidence. Nature Reviews Cardiology, 2018.

3.Tang, W.H.W., D.Y. Li, and S.L. Hazen, Dietary metabolism, the gut microbiome, and heart failure. Nature Reviews Cardiology, 2018.

4.Heitzer, E., et al., Current and future perspectives of liquid biopsies in genomics-driven oncology. Nature Reviews Genetics, 2018.

 


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『每日资讯』本周CNS文章精选
参考文献:链接:https://pan.baidu.com/s/1KqzLBuaCdvdy4__ZoRdSVg 提取码:l01x 1.重构中美和南美洲人群体历史 From Cell,Reconstructing the Deep ...

参考文献:

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1.重构中美和南美洲人群体历史

 

From CellReconstructing the Deep Population History of Central and South America.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.027

 

本研究报告了来自49个个体的全基因组古代DNA,它们形成了伯利兹,巴西,中部安第斯山脉和南锥体的四个平行时间横断面,每个横断面至少可以追溯到9000年前。 共同的祖先群体从今天为美国原住民做出贡献的两个早期分支中的一个迅速辐射出来。 研究者记录了北美和南美之间两种以前未被认可的基因流动。 一个基因流在大约4200年前影响了中央安第斯山脉,而另一个则解释了与克洛维斯文化相关的最古老的北美基因组与来自智利,巴西和伯利兹的最古老的中美洲和南美洲人之间的亲密关系。 然而,这不是后来南美洲人的主要来源,因为其他古代个体来源于与克洛维斯相关基因组没有特定亲和力的谱系,这表明至少在9000年前开始群体替代,随后是大量的群体在多个地区延续。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Geographic Locations and Time Ranges.

 

2.美洲人古基因组测序揭示其种群动态

 

From ScienceEarly human dispersals within the Americas.

 

DOI: 10.1126/science.aav2621

 

对美洲人口的研究主要集中在初始迁移的时间和数量上。 人们对美洲人随后的传播关注较少。 本周的Science文章,对从阿拉斯加到巴塔哥尼亚的15个古代人类基因组进行了测序; 六个年龄≥10,000岁(覆盖率达到约18倍)。 所有这些都与美洲原住民最密切相关,包括一个古老的Beringian个体,以及两个形态上截然不同的“Paleoamericans”。当人们向南移动时,研究者发现了快速传播和早期多样化的证据,包括以前未知的群体。 这导致了多个独立的,地理上不均匀的迁移,包括提供晚更新世澳大拉西亚遗传信号的线索,以及后来与中美洲相关的扩张。 这些导致了从北美到南美的复杂和动态的人口历史。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Ancient genome overview and their broad genetic affinities.

 

3.单细胞转录组学表征真皮成纤维细胞老化

 

From CellIdentity Noise and Adipogenic Traits Characterize Dermal Fibroblast Aging.

 

DOIhttps://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.012

 

在衰老期间,基质功能被认为是受损的,但很少知道这是否源于成纤维细胞的变化。使用群体和单细胞转录组学,以及长期谱系追踪,本文研究了在影响寿命的不同饮食方案下,小鼠皮肤成纤维细胞是否在生理衰老期间被改变。结果表明,旧的成纤维细胞的身份变得不确定,年轻皮肤中存在的成纤维细胞状态不再明确划分。此外,旧的成纤维细胞不仅降低参与细胞外基质形成的基因的表达,而且还获得脂肪形成性状,反而变得更加类似于新生儿促脂肪形成的成纤维细胞。这些改变对全身代谢变化敏感:长期热量限制可逆地阻止它们,而高脂肪饮食加强它们。因此,本研究结果突出了细胞特性的丧失和脂肪形成特征的获得,作为细胞衰老的机制,其受到全身代谢的影响。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Graphical Abstract.

 

4.芽殖酵母进化模式

 

From CellTempo and Mode of Genome Evolution in the Budding Yeast Subphylum.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.023

 

在每个生物群系中都发现了芽殖酵母(亚门酵母(Saccharomycotina)),并且与植物或动物一样具有遗传多样性。 为了解芽殖酵母的进化,研究者分析了332种酵母物种的基因组,包括220种新测序的酵母物种,几乎占所有已知芽殖酵母多样性的三分之一。 在这里,研究者建立了一个强大的属级系统发育,包括12个主要分支,推断从泥盆纪时期到现在的多样化时间尺度,量化水平基因转移(HGT),并重建45个代谢特征和代谢的演变及芽殖酵母共同祖先(BYCA)。 他们推断BYCA代谢复杂并且记录了亚门的基因组和表型进化的节奏和模式,其特征在于非常低的HGT水平和广泛损失以及控制它们的基因。 更一般地说,本研究结果认为,还原进化是进化多样化的主要模式。[4]

 图4.jpg

Figure 4 Graphical Abstract.

 

参考文献

1.Posth, C., et al., Reconstructing the Deep Population History of Central and South America. Cell.

2.Moreno-Mayar, J.V., et al., Early human dispersals within the Americas. Science, 2018.

3.Salzer, M.C., et al., Identity Noise and Adipogenic Traits Characterize Dermal Fibroblast Aging. Cell.

4.Shen, X.-X., et al., Tempo and Mode of Genome Evolution in the Budding Yeast Subphylum. Cell.

 


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『每日资讯』哺乳动物精子发生单细胞;单细胞RNA-Seq识别与肿瘤特征相关的细胞间通讯;全外显子
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1.哺乳动物精子发生单细胞

From Cell ReportsThe Mammalian Spermatogenesis Single-Cell Transcriptome, from Spermatogonial Stem Cells to Spermatids.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.026

 

精子发生是一种复杂且动态的细胞分化过程,对雄性生殖至关重要,并由精原干细胞(SSCs)维持。尽管已经描述了某些生精细胞类型的聚集体的基因表达模式,但是稳定状态下正在进行的精子发生的基因表达模式的完整连续性以前是不清楚的。在这里,研究者为未成熟(出生后第6天)和成年雄性小鼠和成年男性的62,000个个体生精细胞编制单细胞转录组。这使他们能够解决SSC和祖细胞精原细胞,阐明雄性减数分裂和精子发生过程中基因表达的全部变化,并为多种小鼠和人类生精细胞类型和/或亚型获得独特的基因表达特征。这些转录组数据集为研究SSC,男性减数分裂,睾丸癌,男性不育或避孕发育提供了信息丰富的资源,以及在体外实现精子发生的努力中所模仿的基因表达路线图。[1]

 图1.jpg

Figure 1 Graphical Abstract.

 

2.单细胞RNA-Seq识别与肿瘤特征相关的细胞间通讯

 

From Cell ReportsAnalysis of Single-Cell RNA-Seq Identifies Cell-Cell Communication Associated with Tumor Characteristics.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.047

 

肿瘤生态系统由多种细胞类型组成,通过配体 - 受体相互作用进行交流。靶向配体 - 受体相互作用(例如,与免疫检查点抑制剂相关)可为患者提供显著益处。然而,研究者对肿瘤中发生哪些相互作用以及这些相互作用如何影响结果的知识仍然有限。本文提出了一种方法,通过使用单细胞RNA测序,在微环境中通过所有细胞类型的配体 - 受体相互作用来表征通信。研究者应用这种方法来鉴定和比较六种同系小鼠肿瘤模型中存在的配体 - 受体相互作用。为了识别可能与结果相关的相互作用,他们回归与肿瘤生长速率的表型测量的相互作用。此外,研究者使用公众可获得的人黑素瘤数据集来量化T细胞亚群之间的配体 - 受体相互作用及其与免疫浸润的关系。总的来说,这种方法提供了一种工具,用于研究细胞间相互作用,它们在肿瘤中的变异性以及它们与结果的关系。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Graphical Abstract.

 

3.全外显子组测序评估肿瘤内遗传异质性的可靠性

 

From Cell ReportsReliability of Whole-Exome Sequencing for Assessing Intratumor Genetic Heterogeneity.

 

DOIhttps://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.046

 

多区域测序用于检测肿瘤中的肿瘤内遗传异质性(ITGH)。为了评估真正的ITGH是否可以与测序工件区分开来,研究者对同一肿瘤的三个解剖学上不同的区域进行全外显子组测序(WES),并进行技术重复以估计技术噪声。用三种不同的WES流程检测体细胞变异,随后通过高深度扩增子测序验证。仅有癌症的流程是不可靠的,约69%的已确定的体细胞变异体是假阳性。即使使用匹配的正常DNA,其中82%的体细胞变异被可靠地检测到,但在技术复制对中仅发现36-78%。总体而言,34-80%的不一致体细胞变体(可被解释为ITGH)被发现构成技术噪音。排除影响低可映射区域或在某些突变背景下发生的突变被发现可以减少伪影,但在没有正交验证的情况下通过WES检测亚克隆突变仍然不可靠。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Graphical Abstract.

 

4.果蝇胚胎发育过程中lncRNA的表达,功能及变异

 

From Current BiologyNon-coding RNA Expression, Function, and Variation during Drosophila Embryogenesis.

 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.09.026

 

长的非编码RNAlncRNA)通常可以在发育过程中调节基因表达;然而,它们作为发育过程和生物表型的基本调节因子的普遍性仍不清楚。在这里,研究者对果蝇胚胎发生过程中的lncRNA表达和功能进行了定制调查,询问了多个阶段,组织特异性,核定位和遗传背景。结果几乎是在这些胚胎阶段表达的注释lncRNA数量的两倍。 lncRNA水平通常与其邻近基因的水平正相关,几乎没有转录干扰的证据。使用荧光原位杂交,研究者报告了15个新的lncRNA的时空表达,揭示了非常动态的组织特异性模式。尽管如此,在标准和应激条件下,选择的lncRNA基因的缺失没有明显的发育缺陷或对生存力的影响。然而,两个lncRNA缺失导致少数基因的适度表达变化,表明它们微调非必需基因的表达。几种lncRNA具有菌株特异性表达,表明它们不在群体内固定。因此,跨越遗传背景的这种种内变异可以是区分快速进化的lncRNA与非必要角色的有用工具。[4]

 图4.jpg

Figure 4 Identification of New lncRNAs during Embryonic Development.

 

参考文献

1.Hermann, B.P., et al., The Mammalian Spermatogenesis Single-Cell Transcriptome, from Spermatogonial Stem Cells to Spermatids. Cell Reports, 2018. 25(6): p. 1650-1667.e8.

2.Kumar, M.P., et al., Analysis of Single-Cell RNA-Seq Identifies Cell-Cell Communication Associated with Tumor Characteristics. Cell Reports, 2018. 25(6): p. 1458-1468.e4.

3.Shi, W., et al., Reliability of Whole-Exome Sequencing for Assessing Intratumor Genetic Heterogeneity. Cell Reports, 2018. 25(6): p. 1446-1457.

4.Schor, I.E., et al., Non-coding RNA Expression, Function, and Variation during <em>Drosophila</em> Embryogenesis. Current Biology.

 


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『每日资讯』方法学专题
参考文献下载:链接:https://pan.baidu.com/s/1Zaf9OInnI_hDOJMfK_bLIA 提取码:baqp 1.利用CRISPR文库实现全基因组水平对lncRNA功能的高效筛选 From Nature B...

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1.利用CRISPR文库实现全基因组水平对lncRNA功能的高效筛选

 

From Nature BiotechnologyGenome-wide screening for functional long noncoding RNAs in human cells by Cas9 targeting of splice sites.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.4283

 

2018115日,北京大学生命科学学院魏文胜课题组在Nature Biotechnology杂志在线发表了题为“Genome-wide screening for functional long noncoding RNAs in human cells by Cas9 targeting of splice sites”的研究论文。

作为强大的基因编辑工具,CRISPR/Cas9系统能够在蛋白编码基因的外显子区域产生移码突变而彻底破坏蛋白表达及功能,这一特性被广泛应用于基因的大规模功能性筛选研究。人类基因组中除了蛋白编码基因,绝大多数区域为非编码序列。其中长链非编码RNAlncRNA)已有上万个位点被注释,但是它们绝大多数功能未知,一些已知功能的lncRNA与癌症等很多疾病的发生发展密切相关。

魏文胜课题组与合作者之前率先建立了通过成对gRNApgRNA)在基因组中产生大片段删除的策略来对lncRNA进行高通量功能性筛选(Zhu et al. Nature Biotechnol 2016)。后续又有报道通过CRISPRiLiu et al. Science 2017)以及CRISPRaJoung et al. Nature 2017)等方法来进行lncRNA的高通量功能性筛选。这些方法在效率、质量(假阳性、假阴性)上各有欠缺:比如CRISPRi的方法只能实现基因表达抑制而不是完全敲除,CRISPRa的方法只能上调基因表达,无法对基因不可或缺的作用实施筛选评估。大片段删除的策略由于步骤的繁琐,也限制了其在更大规模上得到应用。

为了突破以上方法上的局限,魏文胜研究组设计了新的筛选策略,构建了特异性靶向基因的剪接位点的新型CRISPR文库,以高通量的方式产生基因的外显子缺失或者内含子滞留。运用这一策略,实现了全基因组水平上对于lncRNA功能的高效筛选。利用靶向10,996 lncRNA的特殊CRISPR文库,在慢性髓性白血病细胞K562中筛选并发现了230 lncRNA与细胞存活或增殖相关。在HeLa细胞以及人B淋巴细胞GM12878中则分别发现了115个及220个影响细胞存活与增殖的lncRNA。进一步分析表明,lncRNA功能在不同细胞种类中具有显著异质性。这一新型高通量技术平台的建立,首次真正实现了从全基因组水平对长链非编码RNA进行基于完全敲除的高通量筛选,该方法学将为系统发现和解析lncRNA功能提供有效的工具。[1]


 图1.jpg

Figure 1 (a) 真核生物(人)剪接位点区域的基因组序列特征和碱基特异性。(b) 靶向剪接位点的长非编码RNA的功能性筛选策略。(c) K562细胞中影响细胞存活与增殖的lncRNA筛选结果。

 

 

2.三款变异calling软件比较评估

 

From bioRxivComparison of three variant callers for human whole genome sequencing.

 

DOI: https://doi.org/10.1101/461798

 

遗传相关疾病患者的测试正在从单基因测定转向基因组测序,全外显子组测序(WES)和全基因组测序(WGS)。由于WGS毫无疑问地成为分子分析的新基础,研究者决定比较三种目前使用的工具,用于人类全基因组测序数据的变异calling。他们测试了DeepVariant,这是一种新的基于TensorFlow机器学习的变异calling工具,并使用NA12878 DNA参考样本的30x15x10x WGS数据将此工具与GATK 4.0SpeedSeq进行了比较。根据本文的比较,SNV calling的性能在30倍数据中几乎相似,所有三个变异caller达到F-分数(即召回和精确度的调和平均值)等于0.98。相比之下,DeepVariantindel调用中比GATKSpeedSeq更精确,F-Scores分别为0.94,0.900.84。最后得出结论,DeepVariant工具在分析医学遗传学中的WGS数据方面具有巨大的潜力和实用性。[2]

 图2.jpg

Figure 2 Current gold standard workflow for analysis of whole genome sequencing data.

 

3.Destin: scATAC-seq分析工具

 

From bioRxivDestin: toolkit for single-cell analysis of chromatin accessibility.

 

DOIhttps://doi.org/10.1101/461905

 

转座酶可获得的染色质的单细胞测定然后测序(scATAC-seq)是用于研究具有单细胞分辨率的基因调节的新兴技术。 来自scATAC-seq的数据是唯一的 - 稀疏的,二进制的,即使在相同的细胞类型中也是高度可变的。 因此,对于大量ATAC-seq或单细胞RNA-seq数据开发的方法都不合适。 本研究介绍Destin,一个用于全面scATAC-seq数据分析的生物信息和统计框架。 研究者使用来自七个不同实验的纯化样品的下采样大量ATAC-seq数据和scATAC-seq数据来评估Destin的性能。 与现有方法相比,Destin在所有数据集和平台上都表现出色。 为了演示,研究者进一步将Destin应用于2,088个成年小鼠前脑细胞,并鉴定了先前报道的精神分裂症GWAS基因座的细胞类型特异性关联。[3]

 图3.jpg

Figure 3 Benchmark results against existing methods via downsampling and empirical data analysis.

 

4.ebayGSEA:表观关联分析工具

 

From bioRxivebayGSEA: An improved Gene Set Enrichment Analysis method for Epigenome-Wide-Association Studies.


DOI: https://doi.org/10.1101/454025

 

目的:源自表观基因组 - 广泛关联研究的差异甲基化位点的生物学解释仍然是一项重大挑战。基因集富集分析(GSEA)是帮助生物学解释的一般工具,但由于Illumina Infinium DNA甲基化芯片的差异探针表示,其在EWAS环境中的正确且无偏见的实施是困难的。

结果:本文提出了一种新的GSEA方法,称为ebayGSEA,根据差异甲基化的总体水平对基因而非CpG进行排序,使用映射到给定基因的所有探针进行评估。应用于模拟和真实的EWAS数据,作者展示了ebayGSEA如何表现出比现有技术更高的灵敏度和特异性,同时还避免了差分探针表示偏差。因此,ebayGSEA将是一个有用的附加工具,可以帮助解释EWAS数据。可用性和实施:ebayGSEA可从https://github.com/aet21/ebayGSEA 获得,并已纳入ChAMP Bioconductor包(https://www.bioconductor.org)。[4]

 

 

参考文献

1.Liu, Y., et al., Genome-wide screening for functional long noncoding RNAs in human cells by Cas9 targeting of splice sites. Nature Biotechnology, 2018.

2.Supernat, A., et al., Comparison of three variant callers for human whole genome sequencing. bioRxiv, 2018.

3.Urrutia, E., et al., Destin: toolkit for single-cell analysis of chromatin accessibility. bioRxiv, 2018.

4.Dong, D., et al., ebayGSEA: An improved Gene Set Enrichment Analysis method for Epigenome-Wide-Association Studies. bioRxiv, 2018.

 


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