基于基因外显子结构检测直系同源转录本的新方法

　　为了探索人类大脑产生高级认知功能的机制，比较基因组学常被用于分析人类和非人灵长类的基因和基因组结构。通过比较基因组学研究，很多人类独有的遗传特征被鉴定出来，包括人类独有的基因、人类独有的染色体扩增、人类脑区独有的甲基化修饰、人类脑区独有的基因表达模式等。

　　可变剪接是真核生物中介导产生成熟mRNA的重要生物学过程。可变剪接可使单个基因产生多个转录本，这些单个基因来源的转录本可能编码功能相似或功能相反的蛋白，从而显著提高了转录组的多样性，进而增加了生物功能及表型的多样性。已有研究表明，在人类大脑中存在复杂的可变剪接。比较人类与非人灵长类脑区的转录组，对于理解人类大脑为什么具有高级认知功能具有重要意义。然而，由于直系同源转录本检测方法有限，目前尚无对人类独有的转录本进行系统性研究的报道。

　　2022年8月10日，《Bioinformatics》期刊在线发表了分子神经生物学研究组的研究论文"Detection of orthologous exons and isoforms using EGIO"，报道了一种基于基因外显子结构检测直系同源外显子和转录本的新方法EGIO (Exon Group Ideogram based detection of Orthologous Exons and Orthologous Isoforms)。EGIO可以在已有直系同源基因对中检测直系同源外显子和直系同源转录本。EGIO将直系同源外显子检测问题简化为字符串序列比对问题，结合优化的动态规划算法和相互比对的BLASTN方法检测直系同源外显子，并建立外显子组组图(Exon Group Ideogram)。在外显子组组图的指导下，EGIO可以对直系同源转录本进行检测。研究发现，与已有直系同源转录本检测方法ExTraMapper相比，EGIO具有更高的敏感性和更严格的外显子结构约束。应用EGIO对人类和黑猩猩前额叶脑区中转录组进行比较，鉴定出6912个基因表达人类独有的转录本，而且人类独有的转录本数目大于保守性的直系同源转录本数目，这提示可变剪接对于人类大脑高级认知功能的产生可能具有重要作用。

图1. EGIO方法的流程图

　　本研究获得国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室的博士生马金法为本文的第一作者，美国西北大学医学院吴瑛教授和生物物理研究所朱笠研究员为共同通讯作者。

　　文章链接：https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac548

（供稿：分子神经生物学研究组）