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          基于基因外顯子結構檢測直系同源轉錄本的新方法

          發布時間:2022年08月11日

            為了探索人類大腦產生高級認知功能的機制,比較基因組學常被用于分析人類和非人靈長類的基因和基因組結構。通過比較基因組學研究,很多人類獨有的遺傳特征被鑒定出來,包括人類獨有的基因、人類獨有的染色體擴增、人類腦區獨有的甲基化修飾、人類腦區獨有的基因表達模式等。

            可變剪接是真核生物中介導產生成熟mRNA的重要生物學過程??勺兗艚涌墒箚蝹€基因產生多個轉錄本,這些單個基因來源的轉錄本可能編碼功能相似或功能相反的蛋白,從而顯著提高了轉錄組的多樣性,進而增加了生物功能及表型的多樣性。已有研究表明,在人類大腦中存在復雜的可變剪接。比較人類與非人靈長類腦區的轉錄組,對于理解人類大腦為什么具有高級認知功能具有重要意義。然而,由于直系同源轉錄本檢測方法有限,目前尚無對人類獨有的轉錄本進行系統性研究的報道。

            2022年8月10日,《Bioinformatics》期刊在線發表了分子神經生物學研究組的研究論文"Detection of orthologous exons and isoforms using EGIO",報道了一種基于基因外顯子結構檢測直系同源外顯子和轉錄本的新方法EGIO (Exon Group Ideogram based detection of Orthologous Exons and Orthologous Isoforms)。EGIO可以在已有直系同源基因對中檢測直系同源外顯子和直系同源轉錄本。EGIO將直系同源外顯子檢測問題簡化為字符串序列比對問題,結合優化的動態規劃算法和相互比對的BLASTN方法檢測直系同源外顯子,并建立外顯子組組圖(Exon Group Ideogram)。在外顯子組組圖的指導下,EGIO可以對直系同源轉錄本進行檢測。研究發現,與已有直系同源轉錄本檢測方法ExTraMapper相比,EGIO具有更高的敏感性和更嚴格的外顯子結構約束。應用EGIO對人類和黑猩猩前額葉腦區中轉錄組進行比較,鑒定出6912個基因表達人類獨有的轉錄本,而且人類獨有的轉錄本數目大于保守性的直系同源轉錄本數目,這提示可變剪接對于人類大腦高級認知功能的產生可能具有重要作用。

          圖1. EGIO方法的流程圖

            本研究獲得國家重點研發計劃和國家自然科學基金項目的資助。中國科學院生物物理研究所腦與認知科學國家重點實驗室的博士生馬金法為本文的第一作者,美國西北大學醫學院吳瑛教授和生物物理研究所朱笠研究員為共同通訊作者。

            文章鏈接:https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac548

           

          (供稿:分子神經生物學研究組)

           

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