宏转录组学：揭示肠道微生物在消化系统疾病中的作用

宏基因组测序为我们描绘了整个肠道菌群的全部基因图谱，然而，其中只有一小部分基因在特定的时间和地点进行转录而发挥生理功能。同一个DNA模板，不同条件下会产生不同的RNA转录本，因此，RNA的测序结果必须经过DNA母板的校正，方可进一步进行分类分析，否则结果没有意义。例如，肠道细菌可以从膳食以及人体食物代谢中获得氨基酸，因而，绝大部分与氨基酸合成相关的基因不被表达；与能量代谢（糖酵解和磷酸戊糖通路）相关的基因却被更多地表达（Gosalbes et al，2011）。产甲烷菌（Methanobrevibacter smithii）在肠道中含量极微，但其基因转录非常活跃，以生成甲烷的形式消耗肠道内过量的氢气，在肠道细菌发酵过程中发挥重要作用。综上，宏转录组学技术可以帮助我们在宏基因组研究的大背景下，检测到小部分基因的转录表达，动态观察到肠道微生物在特定时空下的作用过程。因此，整合宏基因组学和宏转录组学研究可以为我们提供一个更加生动而细致入微的细菌与环境相互作用的动态画卷。宏转录组学是宏基因组学研究的良好的补充。

宏转录组学同时带来了技术方面的不同于宏基因组学的新挑战。首先，RNA比DNA更不稳定，标本取材后必须立即置于-80℃冷冻，或于RNA保存液中保存，以避免RNA降解；其次，人体粪便标本总RNA中，98%是rRNA和tRNA，仅有2%是mRNA，测序前必须去除样本中rRNA和tRNA；再者，宿主序列的干扰也需要排除（活检标本中所含的宿主RNA较粪便中的含量更高，且宿主rRNA并不能够通过细菌的rRNA清除试剂盒去除，因此粪便标本较活检标本更适合于转录组学检测）；最后，转录组需要的标本量也更多，以便于后续的反转录以及文库建立。

宏转录组学通常采用的分析步骤如下：首先，选择RNA数据库作为拼接模版，如果存在多个相近的数据库，通过聚类的方法，选择最为接近的数据库作为拼接模版；如果RNA数据库难以获得时，采用将RNA片段进行聚类、拼接和分析的方法；或者直接将RNA片段拼接到KEGG一类的数据库中。其次，计算基因表达，并通过CuffDiff，R package，CummeRbund等软件分析差异表达的基因。最后，测序数据转化成相对丰度比后，可以采用之前宏基因组数据分析中使用的各种统计学方法来进一步处理（Trapnell et al，2012；Leimena et al，2013）。(www.xing528.com)

随着RNA样品处理与测序数据分析技术的进步，宏转录组学技术将给微生物群落研究带来新的变革。