轉錄組學

以DNA為模板合成RNA的轉錄過程是基因表達的第一步，也是基因表達調控的關鍵環節。所謂基因表達，是指基因攜帶的遺傳信息轉變為可辨別的表型的整個過程。與基因組不同的是，轉錄組的定義中包含了時間和空間的限定。同一細胞在不同的生長時期及生長環境下，其基因表達情況是不完全相同的。通過測序技術揭示造成差異的情況，已是最常用的手段。人類基因組包含有30億個鹼基對，其中大約只有5萬個基因轉錄成mRNA分子，轉錄後的mRNA能被翻譯生成蛋白質的也只佔整個轉錄組的40%左右。通常，同一種組織表達幾乎相同的一套基因以區別於其他組織，如：腦組織或心肌組織等分別只表達全部基因中不同的30%而顯示出組織的特異性。

轉錄組譜可以提供什麼條件下什麼基因表達的信息，並據此推斷相應未知基因的功能，揭示特定調節基因的作用機制。通過這種基於基因表達譜的分子標籤，不僅可以辨別細胞的表型歸屬，還可以用於疾病的診斷。例如：阿爾茨海默病(Alzheimer′s diseases, AD)中，出現神經原纖維纏結的大腦神經細胞基因表達譜就有別於正常神經元，當病理形態學尚未出現纖維纏結時，這種表達譜的差異即可以作為分子標誌直接對該病進行診斷。同樣對那些臨牀表現不明顯或者缺乏診斷金標準的疾病也具有診斷意義，如自閉症。對自閉症的診斷要靠長達十多個小時的臨牀評估才能做出判斷。基礎研究證實自閉症不是由單一基因引起，而很可能是由一組不穩定的基因造成的一種多基因病變，通過比對正常人羣和患者的轉錄組差異，篩選出與疾病相關的具有診斷意義的特異性表達差異，一旦這種特異的差異表達譜被建立，就可以用於自閉症的診斷，以便能更早地，甚至可以在出現自閉症臨牀表現之前就對疾病進行診斷，並及早開始干預治療。轉錄組的研究應用於臨牀的的另一個例子是可以將表面上看似相同的病症分為多個亞型，尤其是對原發性惡性腫瘤，通過轉錄組差異表達譜的建立，可以詳細描繪出患者的生存期以及對藥物的反應等等。

用於轉錄組數據獲得和分析的方法主要有基於雜交技術的芯片技術包括cDNA芯片和寡聚核苷酸芯片，基於序列分析的基因表達系列分析SAGE （serial analysis of gene expression，SAGE）和大規模平行信號測序系統MPSS(massively parallel signature sequencing,MPSS)。

1991年Affymetrix公司在Southern blot 基礎上，開發出世界上第一塊寡核苷酸基因芯片，自此微陣列技術（基因芯片）得到迅速發展和廣泛應用，已成為功能基因組研究中最主要的技術手段。但是芯片無法同時大量地分析組織或細胞內基因組表達的狀況，而且由於芯片技術需要準備基因探針，所以可能漏掉那些未知的、表達丰度不高的、可能是很重要的調節基因。SAGE是近年來發展的以測序為基礎的分析特定組織或細胞類型中基因羣體表達狀態的一項技術。其顯著特點是快速高效地、接近完整地獲得基因組的表達信息。SAGE可以定量分析已知基因及未知基因表達情況，在疾病組織、癌細胞等差異表達譜的研究中，SAGE可以幫助獲得完整轉錄組學圖譜、發現新的基因及其功能、作用機制和通路等信息。MPSS是對SAGE的改進，它能在短時間內檢測細胞或組織內全部基因的表達情況，是功能基因組研究的有效工具。因其需要配套的軟硬件較為昂貴,國內外的相關應用報道不多。MPSS技術對於致病基因的識別、揭示基因在疾病中的作用、分析藥物的藥效等都非常有價值，該技術的發展將在基因組功能方面及其相關領域研究中發揮巨大的作用。