Transcriptomics

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Transcriptomics(转录组学)是研究特定细胞、组织或生物体在特定时间点内所有 RNA (核糖核酸) 转录本(即 Transcriptome)的学科。与 Genomics 提供的静态“生命蓝图”不同,转录组学捕捉的是基因表达的动态“快照” (Snapshot)。它揭示了基因何时开启、何时关闭以及表达量的高低。通过 RNA-Seq 等高通量技术,研究人员不仅能定量 mRNA (信使RNA) 以推断蛋白质水平,还能研究 Alternative Splicing (可变剪接) 以及非编码 RNA(如 miRNA, lncRNA)的调控功能。它是连接基因型 (Genotype) 与表型 (Phenotype) 的关键桥梁。

Transcriptomics
Study of the Transcriptome (点击展开)
基因表达的动态图谱
学科参数
研究对象 Total RNA (mRNA, ncRNA)
核心特性 动态性 (Dynamic)
金标准技术 RNA-Seq (NGS)
前沿技术 scRNA-seq / Spatial Transcriptomics
分析维度
定量分析 Gene Expression Level
结构分析 Splicing, Fusion Gene
常用图表 Volcano Plot, Heatmap
数据格式 FASTQ / BAM / Count Matrix

核心概念:静态基因组 vs. 动态转录组

如果把 Genomics 比作一本“字典”(包含所有可能的单词),那么 Transcriptomics 就是一本“小说”(特定时间点被实际使用的单词组合)。
人体的所有细胞(神经元、皮肤细胞、肝细胞)都拥有几乎相同的 DNA,但它们的功能截然不同。这正是由转录组决定的——即哪些基因被“转录”成了 RNA,以及转录了多少。


技术演进:从果昔到果盘

转录组学经历了从“混合平均”到“单细胞精度”的技术革命:

技术代际 比喻 (Analogy) 特征描述
Bulk RNA-Seq
(传统转录组)
Fruit Smoothie (水果奶昔) 将组织中数百万个细胞打碎混合。得到的是平均表达量,无法区分具体细胞类型(如无法区分肿瘤细胞和免疫细胞)。
scRNA-seq
(单细胞转录组)
Fruit Salad (水果沙拉) 给每个细胞打上条形码 (Barcode)。能看清每一块“水果”(细胞),识别细胞异质性 (Heterogeneity)。
Spatial Transcriptomics
(空间转录组)
Fruit Tart (水果塔) 不仅知道有哪些水果,还知道它们在原位的位置。保留了组织切片的空间结构信息。


核心分析:差异表达 (DE)

Differential Expression Analysis

转录组学最经典的应用是比较两个条件下(例如:癌症组织 vs. 正常组织,或 药物处理 vs. 对照组)基因表达量的变化。
可视化工具: 通常使用 Volcano Plot (火山图) 来展示显著上调或下调的基因,或使用 Heatmap (热图) 来展示样本间的聚类关系。

       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Wang Z, Gerstein M, Snyder M. (2009). RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nature Reviews Genetics.
[点评]:RNA-Seq 技术的开山综述,详细阐述了其相对于微阵列 (Microarray) 的优势,定义了现代转录组学的标准。

[2] Stark R, Grzelak M, Hadfield J. (2019). RNA sequencing: the teenage years. Nature Reviews Genetics.
[点评]:全面回顾了 RNA-Seq 十年来的发展,特别是长读长测序 (Long-read) 和单细胞技术对该领域的重塑。

[3] Macosko EZ, et al. (2015). Highly Parallel Genome-wide Expression Profiling of Individual Cells Using Nanoliter Droplets. Cell.
[点评]:Drop-Seq 技术的奠基性论文,开启了高通量单细胞转录组学 (scRNA-seq) 的新时代。

           组学技术体系 · 知识图谱
上级学科 OmicsFunctional GenomicsMolecular Biology
核心工具 RNA-SeqscRNA-seqMicroarray (芯片) • PCR
分析内容 Gene ExpressionAlternative SplicingNon-coding RNA