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北京生科院提出環形RNA內部序列結構可視化新方法

2020-01-21

    1月18日,中國科學院北京生命科學研究院趙方慶團隊于Bioinformatics 雜志上在線刊發了題為Visualization of circular RNAs and their internal splicing events from transcriptomic data 的研究。該研究主要開發了環形RNA的可視化工具——CIRI-vis軟件,具有將CIRI-AS或CIRI-Full的輸出結果可視化,且可以批量展示環形RNA上的讀段信息與內部結構的優勢。

  環形RNA是一類廣泛存在于真核生物中的非編碼RNA分子,其獨特的5’-3’反向剪接特征成為絕大多數環形RNA識別工具的靶點。隨著算法的進步,對環形RNA的識別從反向剪接位點的識別發展到內部序列的識別,研究者們發現可變剪接現象在環形RNA中普遍存在。這個情況表明,環形RNA的分析應與線性RNA一樣,需要將其內部的所有剪接產物的結構與相對豐度考慮在內。過去的研究只驗證了少數環形RNA的功能,并且發現環形RNA的功能都與其獨特的結構有關,這表明只有將環形RNA的分析提升到剪切產物結構的水平才能準確地預測環形RNA的功能。因此對環形RNA內部結構的直觀展示將有利于研究者們篩選出有潛在功能的環形RNA剪接產物,推動環形RNA研究領域的發展。

  CIRI-vis是趙方慶團隊所開發的環形RNA預測流程——CIRI系列的一環,該方法用java語言編寫,可以在安裝有java虛擬機的平臺上運行。其主要功能是將CIRI-AS與CIRI-Full所輸出的文本文件進行歸納,將環形RNA上的讀段信息進行重新整合后再將其進行圖形化展示,儲存在svg/pdf格式的文件中。它是首次將環形RNA進行細節展示的工具。當CIRI-vis對環形RNA進行細節展示時,其首先生成環形RNA所在區域的概況,包括測序覆蓋度,已注釋線性RNA外顯子坐標和環形RNA外顯子坐標;在主坐標下方,青綠色的柱狀圖代表了環形RNA讀段的覆蓋度;再下方的條帶代表了讀段的位置,曲線代表了內部的剪接事件;而最下方的環形圖代表了可能存在的環形RNA剪接產物的結構并按相對豐度大小排序,環左上角的數字代表了其絕對表達量。

  此外,CIRI-vis還支持多樣本間的環形RNA比較。在輸入指定的環形RNA反向剪接位點列表后,CIRI-vis會以簡略圖的方式把多個樣本中該位點的環形RNA并列顯示在左側,然后將各個剪接產物的結構以及其相對表達量的柱狀圖顯示在右側。這種方式可以直觀展示相同環形RNA在不同樣本中的不同剪接方式,以及主要的剪接產物結構。

  CIRI-vis是第一款可以在剪接產物層面上對環形RNA進行展示的軟件。該軟件不僅能夠從細節上展現環形RNA的內部結構,同時還能比較不同樣品之間剪接產物種類與豐度的異同。這些功能不僅有助于研究者理解他們研究的樣品中環形RNA的構造,同時也可以以更高的分辨率篩選出有功能的環形RNA。并且,得益于成熟的CIRI-Full流程,CIRI-vis所帶來的環形RNA可視化功能不僅靈敏度高,且操作便捷,可視化界面簡潔,對用戶十分友好。因此,CIRI-vis將成為一款優秀的環形RNA輔助分析軟件,對更高精度的環形轉錄組分析有重要意義。

  該工作由趙方慶課題組博士鄭毅完成,并得到科技部重點研發計劃和國家自然科學基金委及中科院的經費支持。趙方慶團隊在前期的工作中建立了環形RNA識別、轉錄本組裝、可變剪接檢測及定量等方法,相關工作發表在Genome Biology (2015)、Nature Communications (2016,2020)、Briefings in Bioinformatics (2017)、Trends in Genetics (2018)、Genome Medicine (2019)、Cell Reports (2019)和Bioinformatics (2020)。這些研究豐富了人們對環形RNA的組成及結構的認識,為深入了解這一嶄新類型的非編碼RNA分子奠定了方法學基礎。
 
CIRI-vis工作流程

來源: 北京生命科學研究院

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