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韩国科学家揭示SARS-CoV-2转录组结构

以下内容转载自Nanopore官方公众号

对SARS-CoV-2的转录组进行功能性研究有利于更好的理解SARS-CoV-2的生命周期和其致病性。来自韩国基础科学研究所(IBS)的Dongwan Kim等人结合纳米孔和其他测序技术,获得高分辨率的SARS-CoV-2转录组及表观转录组图谱。

该研究发现,SARS-CoV-2转录组高度复杂,除去冠状病毒中常见的基因组和亚基因组RNA,SARS-CoV-2还生成编码大量未知开发阅读框(ORFs)的转录本;通过纳米孔直接RNA测序发现病毒转录本上至少有41个RNA修饰位点,其中AAGAA为最常见的motif;与未修饰RNA相比,修饰RNA的poly(A)尾巴更短。

 

3月12日,该文章发表在生物预印网站bioRxiv。

 

SARS-CoV-2转录组图谱
使用纳米孔直接RNA测序和其他测序技术,对SARS-CoV-2感染者(BetaCoV/Korea/KCDC03/2020)Vero细胞总RNA进行测序,获得高分辨率的SARS-CoV-2转录组和表观转录组图谱:mRNA全长29903nt,其中开发阅读框ORF1a和ORF1b被翻译,除基因组RNA外,还有9种主要的亚基因组RNA。

 

图1,SARS-CoV-2基因组、亚基因组mRNA和病毒粒子结构示意图
SARS-CoV-2转录组高度复杂,纳米孔长读长序列揭示由大量未知的重组事件引起
作者首先利用MinION进行RNA直接测序,得到879679条读长序列(图2A),其中65.4%的读长序列比对到SARS-CoV基因组。SARS-CoV-2基因组被完整覆盖,仅在5‘端缺失12nt,最长的标签(111个读长序列)对应全长gRNA。同时观察到3‘端覆盖度明显高于5’端,与冠状病毒通过不连续的转录合成一组嵌套(nested)的亚基因组RNA(sgRNA)使基因组3’端基因得到表达相符。此外,纳米孔长读长序列揭示存在大量的非经典重组事件,如融合转录本导致了5‘端覆盖度有所增加。
作者接着使用其他测序技术进行进一步验证gRNA及连接位点,结果与纳米孔测序基本一致。

 

图2 测序数据

 

纳米孔直接RNA测序,发现至少41个潜在RNA修饰位点,其中AAGAA为最常见的motif

 

将病毒序列进行体外转录作为RNA修饰的阴性对照来检测SARS-CoV-2的RNA修饰,发现在41个可能的RNA修饰位点中,AAGAA为常见的motif。且整个基因组中都存在AAGAA修饰位点,其中在基因组28500-29500处最为富集,长转录本(gRNA、S、3a、E和M)较短转录本相比,修饰频率更高,这充分说明存在一种特定的RNA物种修饰机制。
结合自主开发的检测PolyA尾的长度软件,对SARS-CoV-2RNA的Poly(A)研究发现:病毒RNA的Poly(A)尾的长度中位数为47nt。含有RNA修饰的转录本poly-A尾的长度较短,表明RNA修饰与poly-A尾的长度存在关联。
作者表示:研究这些修饰的功能,以及确定它们是SARS-Cov-2独有的或在冠状病毒中保守,有助于我们对病毒及其致病性有更深入的了解。

 

 

图3 常见的RNA修饰位点

 

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