中科院北京生科院赵方庆团队发表环形非编码RNA识别新技术

中科院北京生科院赵方庆团队发表环形非编码RNA识别新技术

2017年2月28日，国际学术期刊Briefings in Bioinformatics发表了中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队题为“Circular RNA identification based on multiple seed matching”的最新研究成果。目前环形RNA的识别存在着假阳性率高、敏感度不够等问题，该研究提出了全新的多重种子匹配算法及最大似然估计模型，可以精确识别环形RNA接头序列，显着提升环形RNA识别效率。

目前已有的环形识别算法均基于对环形RNA接头序列的查找，可分为基于注释的算法以及从头预测的算法。然而，由于真核生物转录的复杂性及环形RNA分子的特殊性，两类识别算法均面临着灵敏度低、可靠性差、运算时间长或内存使用高等问题，其应用也因此受到限制。此外，对上述识别算法的评价体系却仍主要依赖模拟数据，难以对相关算法在真实转录数据中的表现进行客观衡量。

针对此现状，赵方庆团队提出基于多重种子匹配策略的算法，针对比对质量较低的基因组区域，按长度降序进行种子序列提取，并将之与前后侧翼基因组区域进行快速匹配。同时，建立了最大似然估计模型，判断该种子序列的真实来源，并排除来自线性转录本或剪接副产物的干扰，从而极大提高了环形RNA分子识别的精度。该研究摒弃了偏差较大的模拟数据评测方法，采用 RNase R降解前后真实转录数据的比对体系，对10种已有算法进行全面的评测比较。结果显示本研究建立的方法在包含灵敏度与可靠性在内的综合表现（F1得分）上具有明显的优势，其并行模式还可进一步提升运算速度及内存使用效率。该算法与此团队开发的CIRI， CIRI-AS等分析工具（Genome Biology， 2015； Nature Communications， 2016）实现无缝衔接，将进一步促进环形RNA组成及功能等方面的研究。

该工作由赵方庆课题组的研究生高远和张金阳完成，得到了国家自然科学基金委和中国科学院的经费支持。

Mol. Biol. Evol.

2022年3月24日， 中国科学院北京生命科学研究院 赵方庆 团队 和 中国科学院大学 苗苗 团队 合作在 Molecular Biology and Evolution 杂志发表题为“ An extremely streamlined macronuclear genome in the free-living protozoan Fabrea salina ”的研究论文，报道了他们关于真核生物基因组进化策略的研究成果。该团队从原生动物盐蚕豆虫( Fabrea salina )入手， 首次系统解析了目前已知的自由生异养真核生物的最小基因组，为真核生物基因组精简理论提供了新见解，揭示了其高盐环境适应的遗传学基础 。

纤毛虫起源于约11亿年前，是一类结构和功能最复杂的单细胞真核生物，是研究真核生物基因组进化的重要材料。盐蚕豆虫能够在35 ~ 180 ppt盐度生长繁殖，环境适应性强，繁殖周期快，且对恶劣环境有显著抗性。此前盐蚕豆的基因组数据一直处于空白状态，影响了对盐蚕豆耐盐机制的深入研究。该研究团队首先建立了盐蚕豆虫的培养体系，综合采用单细胞基因组技术和Nanopore测序技术，重构出高质量的盐蚕豆虫大核基因组。其基因组仅有18.35Mb，86.5%的拼接序列中具有双侧端粒，说明其基因组高度完整性。此外，共鉴别出9918个蛋白编码基因，其数目在目前已发表的自由生纤毛虫中最少，且仅相当于原核生物中粘细菌的基因数量。如此简洁精巧的基因组赋予其作为生物演化研究模型的特殊地位。

该研究团队进一步通过比较和进化基因组学分析，系统揭示了盐蚕豆虫高基因密度、微内含子、同源基因收缩等基因组精简特征以及与环境适应相关的基因组结构，提供了真核捕食者基因组精简进化的直接证据。通过对其耐盐机制的探究，发现基因组中高盐胁抗性相关基因的扩增事件及转录组水平表达特征，揭示了盐蚕豆虫对高盐环境的适应性进化。研究发现了磷脂酸的积累可能在抵抗细胞内高渗透压中发挥了重要作用。此外，该团队首次描述了盐蚕豆虫有性生殖过程中大核的形态特征和转录组图谱。 该研究首次解析了自由生纤毛虫的极简基因组特征，阐明盐蚕豆虫作为研究真核生物基因组进化模型的特殊地位，为理解基因组的精简和进化 历史 提供了独特视角 。

中国科学院大学博士研究生张冰和硕士研究生侯丽娜为论文并列第一作者，中国科学院北京生科院赵方庆研究员和中国科学院存济医学院苗苗教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金委和中国科学院的经费支持，并得到中国海洋大学原生动物实验室的帮助。

论文链接：

https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msac062/6553891

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