转录组测序已成为转录组信息研究、发现新转录本、新的可变性剪切的重要手段。但对于绝大部分生物体,我们提取得到的总RNA中含有大量核糖体RNA(rRNA),如进行文库构建时不去除核糖体rRNA或其他高丰度RNA(如血液总RNA样本中的免疫球蛋白mRNA),则测序得到大量“无用”数据,大大增加测序成本,同时增加发现低丰度转录本的难度,非常不利于转录组序列的研究。
初始的转录组建库方式,一般采用带有oligo dT的磁珠对总RNA样本中的poly A RNA进行富集后建库,这种方法存在几种缺点:1、只能运用于真核生物,对于mRNA不带poly A RNA的原核生物则无法使用。2、对RNA完整性要求比较高,因降解造成的poly A 尾断裂的mRNA则无法被富集。3、无法富集不带poly A 尾的lnc RNA,circRNA。4、无法去除血液样本中高丰度的免疫球蛋白mRNA。
因此,对于原核转录组,宏转录组,以及需要研究lnc RNA,circRNA等方面的研究,需要的是进行rRNA等高丰度RNA的去除,再进行建库。
一、探针杂交+链霉亲和素磁珠去除法该方法的原理为:1、采用生物素标记的DNA探针(与需要去除的RNA可互补杂交)与总RNA中高丰度 的rRNA以及免疫球蛋白RNA液相杂交,形成RNA-DNA探针(生物素基团标记)复合物。2、采用链霉亲和素标记的磁珠,结合液相中的RNA-DNA探针(生物素基团标记)复合物和多余探针。3、分离磁珠和液相,液相上清中剩余的RNA即为去除rRNA等探针针对的高丰度转录本后的RNA,通过沉淀等方式可回收后进行后续测序文库构建。该方法虽然能有效去除探针针对的rRNA等高丰度RNA,同时也可针对降解样本,但是存在一下缺陷:1、成本较高。2、操作复杂,影响实验通量。3、物种限制性,需要针对不同物种设计不同探针,虽然某些近缘物种可采用同一套探针,但是去除效果往往有差异,且对物种构成比较复杂的样本(如环境样本等)则无法进行实验。
二、探针杂交+RNA酶H消化法RNAse H是一种可针对性的消化RNA/DNA杂合链上RNA单链的酶,针对这种酶的活性特点,开发出了探针杂交+RNA酶H消化去除总RNA样本中的rRNA等高丰度RNA的方法。该方法原理为:1、采用过量的DNA探针(与需要去除的RNA可互补杂交)与总RNA中高丰度 的rRNA以及免疫球蛋白RNA液相杂交,形成RNA-DNA探针复合物。2、RNAse H针对性的消化RNA-DNA探针复合物上的RNA单链,而未与探针杂交的mRNA,lncRNA等不受影响。3、采用DNAse 消化剩余的探针。4、纯化回收未被消化的RNA,可用于后续建库。与探针杂交+链霉亲和素磁珠去除法相比,探针杂交+RNA酶H消化法效果与其相似,且有成本相对较低,操作相对简单等优点。但是,相同的,也存在物种限制性,必须针对不同物种设计不同探针,大大限制了该方法的应用范围。
三、双链特异性核酸酶消化法Duplex-specific nuclease(双链特异性核酸:DSN)是来源于堪察加半岛红王蟹(RedKingCrab)肝胰腺的一种核酸酶,能特异性的消化双链DNA以及DNA-RNA杂合链,其消化特点是会优先消化反应体系中拷贝数占据优势的核酸,这种特征可用于将总RNA中占绝对优势的核糖体rRNA或其他高丰度RNA拷贝量大大降低,从而大大去除目的。
该方法的原理为:1、以随机引物逆转录片段化的总RNA,形成RNA-cDNA杂合链。2、以DNS处理逆转录产物,将其中拷贝量占绝对优势的rRNA或其他高丰度RNA形成的绝大部分杂合链消化。3、剩余的杂合链进行二链合成,构建测序文库。相对于前述两种需要探针的方法,该方法没有物种限制,对非模式或罕见物种样本,复杂来源样本,环境样本等,均可以使用,大大拓展了转录组(lnc,circ)测序的应用范围。不足在于,rRNA去除的效果在不同的物种中有所不同,另外对于其他高丰度RNA也有一定的去除效果,会造成定量的偏差,但研究表明这种偏差一般在10%之内。
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