转录组测序数据分析的基础和进阶

2023-09-04 16:12:29 浏览数 (1)

转录组测序数据的基础分析通常包括以下几个主要步骤：

  1. 质量控制（Quality Control）：对原始测序数据进行质量评估，检查测序质量指标如序列长度分布、测序错误率等，确保数据的准确性和可靠性。
  2. 数据预处理（Data Preprocessing）：包括去除接头序列（adapter trimming）、去除低质量序列（quality filtering）、去除含有未知碱基的序列等，以净化原始测序数据。
  3. 比对（Alignment）：将预处理后的测序数据与参考基因组或转录组进行比对，以确定基因或转录本的表达量。
  4. 表达量估计（Expression Quantification）：通过比对结果计算基因或转录本的表达量，得到基因表达量矩阵。
  5. 差异表达分析（Differential Expression Analysis）：对比不同实验组或条件下的基因表达量，找出在不同样本中差异显著的基因或转录本。
  6. 聚类和可视化（Clustering and Visualization）：对样本进行聚类分析，探索基因表达模式，并使用可视化方法展示转录组数据的特征和差异。
  7. 富集分析（Enrichment Analysis）：对差异表达基因进行功能富集分析，找出与特定生物过程、通路或功能相关的基因。
    1. GO富集分析（Gene Ontology Enrichment Analysis）：对差异表达基因进行功能富集分析，找出在特定生物过程、分子功能和细胞组分方面过度表示的基因。
    2. KEGG富集分析（KEGG Enrichment Analysis）：对差异表达基因进行通路富集分析，找出在特定生物代谢途径和信号传导通路中过度表示的基因。
  8. 功能注释（Functional Annotation）：将差异表达基因与数据库进行比较，注释基因的功能和生物学信息。
  9. 重复性分析（Reproducibility Analysis）：对于多次重复测序实验，评估数据的重复性和一致性。
  10. 数据存储和分享：将分析结果进行整理和存档，确保数据的可复现性，并将数据和结果分享给科研社区。

实验设计带来的高级分析

  • 时间序列分析（趋势分析）
  • WGCNA（基因划分组别）
  • 亚型分析（样品划分组别）
  • 去卷积细胞比例构成推断（依赖于单细胞参考数据集）

转录组测序数据本身的高级分析

可变剪切（Alternative Splicing）、转录本组装（Transcript Assembly）和RNA编辑（RNA Editing）都属于转录组测序数据的高级分析。

  1. 可变剪切（Alternative Splicing）：在真核生物中，同一基因可能会产生多个不同的转录本，通过对剪接位点的不同选择，形成不同的mRNA剪接异构体。可变剪切分析旨在鉴定和量化不同剪接异构体在转录组中的表达量，并研究其在生物学过程中的调控和功能。
  2. 转录本组装（Transcript Assembly）：对于没有参考基因组的物种或新基因的转录组测序数据，转录本组装是一个重要的分析步骤。该分析通过对测序数据进行拼接和组装，重建转录本的序列，并得到转录本注释信息，以便后续的差异表达分析和功能注释。
  3. RNA编辑（RNA Editing）：RNA编辑是指在RNA分子上发生的一类化学修饰过程，导致RNA序列中的碱基发生改变。RNA编辑分析可以鉴定RNA序列中的编辑事件，并研究编辑对转录组和蛋白质组的调控和影响。

融合基因（Fusion Gene）分析、APA（Alternative Polyadenylation）分析和circRNA（Circular RNA）分析也属于转录组测序数据的高级分析方法。

  1. 融合基因（Fusion Gene）分析：融合基因是指两个或更多基因在转录本水平上发生融合，形成新的转录本。融合基因分析旨在鉴定和定量融合基因事件，并研究其在疾病发生和进展中的潜在作用。融合基因分析常用于肿瘤研究，因为某些融合基因可能与肿瘤的发生和治疗敏感性有关。
  2. APA（Alternative Polyadenylation）分析：APA是指同一基因的转录本在3'端多聚腺苷酸化位点处发生选择性剪切，形成不同长度的3'非翻译区。APA分析旨在鉴定和定量不同样本或条件间的APA事件，研究APA对基因表达的调控和功能影响。APA在基因表达调控、细胞增殖和分化等生物学过程中具有重要作用。
  3. circRNA（Circular RNA）分析：circRNA是一类闭环结构的RNA分子，具有稳定性和特异性表达的特点。circRNA分析旨在鉴定和量化细胞或组织中的circRNA，研究其在生物学过程和疾病发生中的功能和调控。circRNA在许多生物学过程中发挥重要作用，如基因表达调控、细胞增殖和信号传导等。

生物学背景的高级分析

  • 免疫细胞浸润分析（Immune Cell Infiltration Analysis）：通过转录组数据鉴定肿瘤组织中的免疫细胞浸润情况，研究肿瘤的免疫微环境，为免疫治疗提供线索。
  • 生存分析（Survival Analysis）：将肿瘤样本根据基因表达特征分为不同亚组，进行生存分析，探究特定基因在肿瘤预后中的作用。
  • 药物敏感性和耐药性分析（Drug Sensitivity and Resistance Analysis）：通过转录组数据分析肿瘤对不同药物的敏感性和耐药性，为个体化治疗提供参考。
数据分析 基础 量化 事件 数据

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