Preview

Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет)

Расширенный поиск

Транскриптомика в XXI веке: обзор достижений и ограничений

https://doi.org/10.31677/2072-6724-2025-77-4-247-261

Аннотация

Транскриптом, являясь полной совокупностью молекул РНК, транскрибируемых геномом клетки или организма в конкретный момент времени, представляет собой динамический и информативный объект исследований в современной биологии. Его изменчивость и способность отражать реакцию на внутренние и внешние стимулы делают транскриптомный анализ незаменимым инструментом для понимания фундаментальных биологических процессов, разработки диагностических подходов, а также применения в таких областях, как сельское хозяйство, экология и биотехнология. Изучение транскриптома позволяет выявить дифференциальную экспрессию генов в ответ на разнообразные факторы, расшифровать молекулярные механизмы патогенеза заболеваний, идентифицировать потенциальные мишени для терапевтического вмешательства и оптимизировать биотехнологические процессы. В данной работе представлен анализ эволюции транскриптомных технологий в XXI в, охватывающий спектр методических подходов от традиционных методов анализа экспрессии генов, таких как обратная транскрипция с последующей полимеразной цепной реакцией (ОТ-ПЦР) и микрочипы, до современных методов высокопроизводительного секвенирования нового поколения (RNA-seq). Проводится сравнительная оценка преимуществ и недостатков каждого метода, с акцентом на специфику их применения в различных областях, включая медицинскую диагностику, сельское хозяйство, экологические исследования и пищевую промышленность. Особое внимание уделяется обсуждению возможностей и ограничений каждой технологии в контексте решения конкретных задач, таких как идентификация биомаркеров заболеваний, изучение адаптации организмов к изменяющимся условиям окружающей среды и оптимизация биотехнологических процессов.

Об авторах

Ю. Р. Серазетдинова
Кемеровский государственный университет
Россия

аспирант направления 2.7.1 Биотехнологии пищевых продуктов, лекарственных и биологически активных веществ

Кемерово



Д. Е. Колпакова
Кемеровский государственный университет
Россия

аспирант обучения направления 4.3.3 Пищевые системы

Кемерово



A. Наик
Кемеровский государственный университет
Россия

аспирант обучения направления 4.3.5 Биотехнологии продуктов питания и биологически активных веществ

Кемерово



И. И. Плешивцев
Кемеровский государственный университет
Россия

аспирант обучения направления 4.3.3 Пищевые системы

Кемерово



Л. К. Асякина
Кемеровский государственный университет
Россия

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры бионанотехнологии

Кемерово



А. Ю. Просеков
Кемеровский государственный университет
Россия

доктор технических наук, доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры бионанотехнологии 

Кемерово



Список литературы

1. Transcriptomics technologies / R. Lowe, N. Shirley, M. Bleackley [et al.] // PLoS Comput Biol. – 2017. – Vol. 13 (5). – P. e1005457. – DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005457.

2. Transcriptomics: A powerful tool to evaluate the behavior of foodborne pathogens in the food production chain / A. Lamas, P. Regal, B. Vázquez [et al.] // Food Res Int. – 2019. – Vol. 125. – P. 108543. – DOI: 10.1016/j.foodres.2019.108543.

3. Spatiotemporal analysis of human intestinal development at single-cell resolution / D. Fawkner-Corbett, A. Antanaviciute, K. Parikh [et al.] // Cell. – 2021. – Vol. 184 (3). – P. 810–826. – DOI: 10.1016/j.cell.2020.12.016.

4. Characterization of the yeast transcriptome / V.E. Velculescu, L. Zhang, W. Zhou [et al.] // Cell. – 1997. – Vol. 88 (2). – P. 243–251. – DOI: 10.1016/s0092-8674(00)81845-0.

5. Tuteja R., Tuteja N. Serial Analysis of Gene Expression: Applications in Human Studies // J Biomed Biotechnol. – 2004. – Vol. 2004 (2). – P. 113–120. – DOI: 10.1155/S1110724304308119.

6. Wang Z., Gerstein M., Snyder M. RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics // Nat Rev Genet. – 2009. – Vol. 10 (1). – P. 57–63. – DOI: 10.1038/nrg2484.

7. SuperSAGE / H. Matsumura, M. Reuter, D.H. Krüger [et al.] // Methods Mol Biol. – 2008. – Vol. 387. – P. 55–70. – DOI: 10.1007/978-1-59745-454-4_4.

8. Gene expression analysis by massively parallel signature sequencing (MPSS) on microbead arrays / S. Brenner, M. Johnson, J. Bridgham [et al.] // Nat Biotechnol. – 2000. – Vol. 18 (6). – P. 630–634. – DOI: 10.1038/76469.

9. Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray / M. Schena, D. Shalon, R.W. Davis [et al.] // Science. – 1995. – Vol. 270 (5235). – P. 467–470. – DOI: 10.1126/science.270.5235.467.

10. Transcriptomics in the RNA-seq era / M. Schena, D. Shalon, R.W. Davis [et al.] // Curr Opin Chem Biol. – 2013. – Vol. 17 (1). – P. 4–11. – DOI: 10.1016/j.cbpa.2012.12.008.

11. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP): a versatile technique for detection of micro-organisms / Y.P. Wong, S. Othman, Y.L. Lau [et al.] // J Appl Microbiol. – 2018. – Vol. 124 (3). – P. 626–643. – DOI: 10.1111/jam.13647.

12. Nonis A., De Nardi B., Nonis A. Choosing between RT-qPCR and RNA-seq: a back-of-the-envelope estimate towards the definition of the break-even-point // Anal Bioanal Chem. – 2014. – Vol. 406 (15). – P. 3533–3536. – DOI: 10.1007/s00216-014-7687-x.

13. High throughput nano-liter RT-qPCR to classify soil contamination using a soil arthropod / M.E. de Boer, S. Berg, M.J. Timmermans [et al.] // BMC Mol Biol. – 2011. – Vol. 12. – P. 11. – DOI: 10.1186/1471-2199-12-11.

14. Mapping and quantifying mammalian transcriptomes by RNA-Seq / A. Mortazavi, B. Williams, K. McCue [et al.] // Nat Methods. – 2008. – Vol. 5. – P. 621–628. – DOI: 10.1038/nmeth.1226.

15. Recent advances in high-throughput single-cell transcriptomics and spatial transcriptomics / X. Shen, Y. Zhao, Z. Wang [et al.] // Lab Chip. – 2022. – Vol. 22 (24). – P. 4774–4791. – DOI: 10.1039/d2lc00633b.

16. The Functional Impact of Alternative Splicing in Cancer / H. Climente-González, E. Porta-Pardo, A. Godzik [et al.] // Cell Rep. – 2017. – Vol. 20 (9). – P. 2215–2226. – DOI: 10.1016/j.celrep.2017.08.012.

17. Hager J. Making and using spotted DNA microarrays in an academic core laboratory // Methods Enzymol. – 2006. – Vol. 410. – P. 135–168. – DOI: 10.1016/S0076-6879(06)10007-5.

18. Afzal M., Manzoor I., Kuipers O.P. A Fast and Reliable Pipeline for Bacterial Transcriptome Analysis Case study: Serine-dependent Gene Regulation in Streptococcus pneumoniae // J Vis Exp. – 2015. – № 98. – P. 52649. – DOI: 10.3791/52649.

19. Chavan P., Joshi K., Patwardhan B. DNA microarrays in herbal drug research // Evid Based Complement Alternat Med. – 2006. – Vol. 3 (4). – P. 447–457. – DOI: 10.1093/ecam/nel075.

20. Kurdyukov S., Bullock M. DNA Methylation Analysis: Choosing the Right Method // Biology (Basel). – 2016. – Vol. 5 (1). – P. 3. – DOI: 10.3390/biology5010003.

21. High-Throughput Transcriptome Profiling in Drug and Biomarker Discovery / X. Yang, L. Kui, M. Tang [et al.] // Front Genet. – 2020. – Vol. 11. – P. 19. – DOI: 10.3389/fgene.2020.00019.

22. MicroRNAs as regulators, biomarkers and therapeutic targets in liver diseases / X. Wang, Y. He, B. Mackowiak [et al.] // Gut. – 2021. – Vol. 70 (4). – P. 784–795. – DOI: 10.1136/gutjnl-2020-322526.

23. Detection of hazardous food contaminants by transcriptomics fingerprinting / K. Lancova, R. Dip, J.P. Antignac [et al.] // Trends in Analytical Chemistry. – 2011. – Vol. 30 (2). – P. 181–191. – DOI: 10.1016/j.trac.2010.10.013

24. Transcriptome profiling identified differentially expressed genes and pathways associated with tamoxifen resistance in human breast cancer / X. Men, J. Ma, T. Wu [et al.] // Oncotarget. – 2017. – Vol. 9 (3). – P. 4074–4089. – DOI: 10.18632/oncotarget.23694.

25. Kodama Y., Shumway M., Leinonen R. International Nucleotide Sequence Database Collaboration. The Sequence Read Archive: explosive growth of sequencing data // Nucleic Acids Res. – 2012. – Vol. 40. – P. 54–56. – DOI: 10.1093/nar/gkr854.

26. A survey of best practices for RNA-seq data analysis / A. Conesa, P. Madrigal, S. Tarazona [et al.] // Genome Biol. – 2016. – Vol. 17. – P. 13. – DOI: 10.1186/s13059-016-0881-8.

27. Quantitative real-time PCR: a powerful ally in cancer research / S. Mocellin, C.R. Rossi, P. Pilati [et al.] // Trends Mol Med. – 2003. – Vol. 9 (5). – P. 189–195. – DOI: 10.1016/s1471-4914(03)00047-9.

28. Monsalve-Lancheros A., Ibáñez-Pinilla M., Ramírez-Clavijo S. Detection of mammagloblin by RT-PCR as a biomarker for lymph node metastasis in breast cancer patients: A systematic review and meta-analysis // PLoS One. – 2019. – Vol. 14 (5). – P. e0216989. – DOI: 10.1371/journal.pone.0216989.

29. Real-time quantitative RT-PCR detection of circulating tumor cells from breast cancer patients / M. Guo, X. Li, S. Zhang [et al.] // Int J Oncol. – 2015. – Vol. 46 (1). – P. 281–289. – DOI: 10.3892/ijo.2014.2732.

30. Regulation of gene expression in inflammatory bowel disease and correlation with IBD drugs: screening by DNA microarrays / T.P. Dooley, E.V. Curto, S.P. Reddy [et al.] // Inflamm Bowel Dis. – 2004. – Vol. 10 (1). – P. 1–14. – DOI: 10.1097/00054725-200401000-00001.

31. Drug-induced gene expression profile changes in relation to intestinal toxicity: State-of-the-art and new approaches / D. Rodrigues, T. Souza, D.G.J. Jennen [et al.] // Cancer Treat Rev. – 2019. – Vol. 77. – P. 57–66. – DOI: 10.1016/j.ctrv.2019.06.004.

32. Advances in Transcriptomics in the Response to Stress in Plants / X. Wang, N. Li, W. Li [et al.] // Glob Med Genet. – 2020. – Vol. 7 (2). – P. 30–34. – DOI: 10.1055/s-0040-1714414.

33. Overexpression of Arabidopsis YUCCA6 enhances environment stress tolerance and inhibits storage root formation in sweetpotato / S.C. Park, H.S. Kim, H.U. Lee [et al.] // Plant Biotechnol Rep. – 2019. – Vol. 13. – P. 345–352. – DOI: 10.1007/s11816-019-00537-0.

34. Genomic and Transcriptional Analysis of Banana Ovate Family Proteins Reveals Their Relationship with Fruit Development and Ripening / J. Zhang, H. Miao, B. Xie [et al.] // Biochem Genet. – 2020. – Vol. 58 (3). – P. 412–429. – DOI: 10.1007/s10528-020-09951-4.

35. Recent progress in omics and biotechnological approaches for improved mango cultivars in Pakistan / G. Zahid, Y.A. Kaçar, F. Shimira [et al.] // Genetic Resources and Crop Evolution. – 2022. – Vol. 69 (6). – P. 2047–2065. – DOI: 10.1007/s10722-022-01413-7.

36. Transcriptome Profiling Provides Insight into the Genes in Carotenoid Biosynthesis during the Mesocarp and Seed Developmental Stages of Avocado (Persea americana) / Y. Ge, Z. Cheng, X. Si [et al.] // Int J Mol Sci. – 2019. – Vol. 20(17). – P. 4117. – DOI: 10.3390/ijms20174117.

37. Transcriptome analysis reveals a comprehensive insect resistance response mechanism in cotton to infestation by the phloem feeding insect Bemisia tabaci (whitefly) / J. Li, L. Zhu, J.J. Hull [et al.] // Plant Biotechnol J. – 2016. – Vol. 14 (10). – P. 1956–1975. – DOI: 10.1111/pbi.12554.

38. Transcriptome profiling of pumpkin (Cucurbita moschata Duch.) leaves infected with powdery mildew / W.L. Guo, B.H. Chen, X.J. Chen [et al.] // PLoS One. – 2018. – Vol. 13 (1). – P. e0190175. – DOI: 10.1371/journal.pone.0190175.

39. Soil contamination alters the willow root and rhizosphere metatranscriptome and the root-rhizosphere interactome / E. Yergeau, J. Tremblay, S. Joly [et al.] // ISME J. – 2018. – Vol. 12 (3). – P. 869–884. – DOI: 10.1038/s41396-017-0018-4.

40. Bashiardes S., Zilberman-Schapira G., Elinav E. Use of Metatranscriptomics in Microbiome Research // Bioinform Biol Insights. – 2016. – Vol. 10. – P. 19–25. – DOI: 10.4137/BBI.S34610.

41. Transcriptomic underpinning of toxicant-mediated physiological function alterations in three terrestrial invertebrate taxa: a review / F. Brulle, A.J. Morgan, C. Cocquerelle [et al.] // Environ Pollut. – 2010. – Vol. 158 (9). – P. 2793– 2808. – DOI: 10.1016/j.envpol.2010.06.019.

42. Acidophilic green algal genome provides insights into adaptation to an acidic environment / S. Hirooka, Y. Hirose, Y. Kanesaki [et al.] // Proc Natl Acad Sci USA. – 2017. – Vol. 114 (39). – P. E8304–E8313. – DOI: 10.1073/pnas.1707072114.

43. Ribose phosphate isomersase 1 Influences Root Development by Acting on Cell Wall Biosynthesis, Actin Organization, and Auxin Transport in Arabidopsis / J.B. Huang, Y. Zou, X. Zhang [et al.] // Front Plant Sci. – 2020. – Vol. 10. – P. 1641. – DOI: 10.3389/fpls.2019.01641.

44. Understanding Willow Transcriptional Response in the Context of Oil Sands Tailings Reclamation / A. Samad, G. Pelletier, A. Sguin Kim [et al.] // Front. Plant Sci. – 2022. – Vol. 13. – P. 857535. – DOI: 10.3389/fpls.2022.857535.

45. Transcriptomic analysis of HepG2 cells exposed to fractionated wastewater effluents suggested humic substances as potential inducer of whole effluent toxicity / H. Hara-Yamamura, T. Fukushima, L.C. Tan [et al.] // Chemosphere. – 2020. – Vol. 240. – P. 124894. – DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.124894.

46. Metabolic Features of Ganjang (a Korean Traditional Soy Sauce) Fermentation Revealed by Genome-Centered Metatranscriptomics / B.H. Chun, D.M. Han, H.M. Kim [et al.] // mSystems. – 2021. – Vol. 6 (4). – P. e0044121. – DOI: 10.1128/mSystems.00441-21.

47. Profiling the composition and metabolic activities of microbial community in fermented grain for the Chinese strongflavor Baijiu production by using the metatranscriptome, high-throughput 16S rRNA and ITS gene sequencings / X. Hu, K. Wang, M. Chen [et al.] // Food Res Int. – 2020. – Vol. 138. – P. 109765. – DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109765.

48. Transcriptomic responses of foodborne pathogens to the food matrix / S. Chen, S. He, X. Xu [et al.] // Current Opinion in Food Science. – 2021. – Vol. 42. – P. 23–30. – DOI: 10.1016/j.cofs.2021.02.019.

49. Computational Approaches and Challenges in Spatial Transcriptomics / S. Fang, B. Chen, Y. Zhang [et al.] // Genomics Proteomics Bioinformatics. – 2023. – Vol. 21 (1). – P. 24–47. – DOI: 10.1016/j.gpb.2022.10.001.

50. Bagyinszky E., Giau V.V., An S.A. Transcriptomics in Alzheimer’s Disease: Aspects and Challenges // Int J Mol Sci. – 2020. – Vol. 21 (10). – P. 3517. – DOI: 10.3390/ijms21103517.


Рецензия

Для цитирования:


Серазетдинова Ю.Р., Колпакова Д.Е., Наик A., Плешивцев И.И., Асякина Л.К., Просеков А.Ю. Транскриптомика в XXI веке: обзор достижений и ограничений. Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2025;(4):247-261. https://doi.org/10.31677/2072-6724-2025-77-4-247-261

For citation:


Serazetdinova Yu.R., Kolpakova D.E., Naike A., Pleshivtsev I.I., Asyakina L.K., Prosekov A.Yu. Transcriptomics in the 21st century: a review of achievements and limitations. Bulletin of NSAU (Novosibirsk State Agrarian University). 2025;(4):247-261. (In Russ.) https://doi.org/10.31677/2072-6724-2025-77-4-247-261

Просмотров: 14

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-6724 (Print)