【研究】韩国研究人员绘制了SARS-CoV-2转录组结构图

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作者：竹子

导言：近日，韩国首尔国立大学基础科学研究所和韩国疾病控制与预防中心(CDC)的研究人员绘制了SARS-CoV-2病毒的转录组结构图，该病毒与COVID-19大流行有关。这项研究发表在Cell期刊上。这项研究中发现的未知转录本和RNA修饰进行功能，将为人们对SARS-CoV-2的生命周期和致病性的理解开辟新的方向。

研究人员表示，他们使用了两种互补的测序技术来绘制SARS-CoV-2转录组和表位转录组的高分辨率图。他们发现，Illumina和MGI平台等合成测序（SBS）方法具有较高的准确性和覆盖率，但读取长度短。他们补充说，尽管基于纳米孔的直接RNA测序（DRS）的测序准确性受到限制，但它可以进行长读测序，这对于分析长嵌套CoV转录本特别有用。而且，由于DRS可以检测RNA而不是cDNA，因此可以在测序过程中直接获得RNA修饰数据。因此，他们结合了DRS和SBS。

从纳米孔直接RNA测序读取SARS-CoV-2感染Vero细胞总RNA的计数。“Leader+”表示包含5'末端先导序列的病毒读取。“无先导”表示缺乏先导序列的病毒读取。“核”从核染色体读取匹配的mRNAs，而“线粒体”则从线粒体基因组读取。“对照”表示用于纳米孔测序的质量控制RNA。

SBS显示，由于众多不连续的转录事件，转录组非常复杂--除了典型的基因组RNA和9个亚基因组RNA外，研究人员发现SARS-CoV-2产生的转录本编码带有融合、缺失和转码的未知的开放阅读框。研究人员进一步报道，DRS在病毒转录本上至少显示了41个RNA修饰位点，其中最常见的基序是AAGAA。修饰的RNA具有比未修饰的RNA短的poly（A）尾巴，表明修饰和3'尾巴之间存在联系。

为了描述SARS-CoV-2转录组，研究人员首先使用从SARS-CoV-2感染的非洲绿猴肾细胞(Vero细胞)中提取的总RNA在牛津纳米孔技术MinIon测序仪上进行了DRS运行。他们从受感染的细胞中获得了879,679条读物，并且大多数测序片段定位于SARS-CoV-2，表明病毒转录物在转录组中占主导地位，而宿主基因的表达却受到强烈抑制。

他们还基于合成测序原理（DNBseq）进行了DNA纳米球测序，并获得了超过3.05亿条测序片段，平均插入长度为220 核苷酸(nt)。结果总体上与DRS数据一致，而且DNB测序的深度使研究人员能够以前所未有的规模确认和检测CoV基因组的RNA连接。

他们总共发现，SARS-CoV-2与基因组RNA一起表达了9个规范的亚基因组RNA（S，3a，E，M，6、7a，7b，8和N）。除了这些规范的亚基因组RNA，它们具有预期的结构和长度，研究人员还发现了许多次要的连接位点。

他们观察到了三种主要类型的融合事件：第一组中的RNA具有在前阅读框或非转录区中间意外的3'位点与机体结合的前导序列；第二组显示与前导序列没有相似性的序列之间的远距离融合。最后一组进行了局部融合，从而导致较小的缺失，主要是在结构和辅助基因（包括S开放阅读框）中缺失。

作者写道：“亚基因组RNA的功能尚不清楚，其中一些被认为是竞争病毒蛋白的寄生虫，因此被称为'缺陷干扰RNA'（DI-RNA）。尽管非典型的转录本可能是由错误的复制酶活性引起的，但融合是否在病毒的生命周期和进化中发挥积极作用仍是一个悬而未决的问题。”

他们还使用DRS数据检测了SARS-CoV-2的表观转录本。在病毒转录物与未修饰的对照的比较中，它们在41个RNA修饰位点最常观察到的基序是AAGAA。长病毒转录本比短RNA更为频繁地被修饰，表明特定于某些RNA种类的修饰机制。

检测到的修饰位点与“AAGAA”样基序的序列比对。

由于DRS可以同时检测单个分子上的多个特征，因此研究人员随后交叉检查了poly（A）尾部长度和内部修饰位点。他们发现，修饰的RNA分子的poly（A）尾比未修饰的分子短，这表明内部修饰和3'末端尾之间存在联系。

作者写道：“由于poly（A）尾巴在RNA周转中起着重要作用，因此很容易推测所观察到的内部修饰与病毒RNA的稳定性控制有关。”RNA修饰是逃避宿主免疫反应的一种机制，这也是合理的。

参考:

https://www.genomeweb.com/sequencing/korean-researchers-map-sars-cov-2-transcriptomic-architecture#.XpFHojMzbDd

Hyeshik Chang et al. The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome. Cell. 11 April, 2020.DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.011 

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