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鳗研（PERVADE）

Thu, 24 Jun 2021 00:00:00 +0000

说是科普文章有点勉强，毕竟这里既没有严谨的实验设计，也没有系统的文献综述。说它是读后感吧，我又实在没那么多愁善感，翻书时没怎么走心，看完也就忘了。

本科跟着老师做日本鳗鱼，虽然最后因为学院不再提供实验室，项目不了了之，但两年多的摸鱼经历，足够让我对这种生物产生一种说不清道不明的情感。

冰冻的成鳗（2018年摄于福建泉州）

解剖、打针、手术、组织切片、细胞观察——这些湿实验工作，现在回想起来依然历历在目。

养鱼这件事，考验的其实不是动手能力，而是对动物生理学的理解。你得知道什么时候该升温，什么时候该换水，什么时候该喂食，鳗鱼不舒服了会有什么样的表现。

听起来像养宠物，但养宠物可不需要你给鱼打针。

有意思的是，鳗鱼总是给人一种“神秘”的印象。这种印象不是来自教科书，而是来自你真的跟它们相处之后，你会发现这种动物有太多地方说不清楚。

神秘，是鳗鱼的底色

鳗鱼的一生需要经历多次变态。从海里孵化的叶状幼体，到透明如玻璃的玻璃鳗，再到河流里的黄鳗，最后变成银光闪闪的银鳗游回大海产卵——这种一生经历多次完全变形的能力，在脊椎动物里相当罕见。

发育的幼鳗（2022年摄于辽宁大连）

但真正让人着迷的，不是变态本身，而是变态背后的那些未解之谜。

比如说，鳗鱼是怎么找到回家的路的？

科学家提出了不少假说：地球磁场、嗅觉导航、听觉信号……听起来头头是道，但说白了，我们还是不知道。它们为什么能在茫茫大海里准确地回到出生的那条河？没有人确切知道。

日本鳗鲡的耳石（2017年摄于福建泉州）

书里有个说法我印象很深：有人把鳗鱼抓到几公里外放生，一两周后，它们居然能准确地回到最初被捕获的地方。

程老师说，鳗鱼身上有雷达。

或许吧。

再比如说，产卵地到底在哪里？

欧洲鳗鱼和美洲鳗鱼的产卵地基本确定了——大西洋的马尾藻海。但日本鳗鱼的产卵地，科学家们吵了很多年。一说在马里亚纳群岛附近，一说还有别的可能。马里亚纳群岛。

书中自有颜如玉，书中也有鳗鱼

《鳗鱼的旅行》这本书有意思的地方在于，它不是一本正经地给你讲生物学。作者帕特里克·斯文松是瑞典人，写得很有意思，把鳗鱼的历史、生物学、哲学，甚至自己的童年回忆混在一起读。

书里提到一个细节：亚里士多德曾经相信鳗鱼是从淤泥里自然生成的。他建议人们在干旱期去观察干涸的池塘，等第一场雨降临时，池塘里就突然满是鳗鱼了——“雨水赋予了它们存在”。

现在我们知道这是错的。但在那个没有显微镜、没有实验方法的年代，这种猜测似乎也合情合理。更有意思的是，几千年后，我们有了先进得多的技术，鳗鱼依然有办法让我们困惑。

书里还提到，鳗鱼问题存在的时间“跟自然科学的历史一样长”。一种我们每天都能在市场和餐桌上见到的鱼繁殖方式至今仍保持隐秘，这听起来有点讽刺，但也恰恰说明了自然的复杂性远超我们的理解。

我在想，本科那两年，我们实验室里养的鳗鱼，最后都怎么样了？

大概率是为科学事业往生了，总不会是放生了。

不是以我希望的方式结束。

后来转了方向，本科毕业后就没再碰过鳗鱼。

一两年后偶然翻到这本书，确实想起了一些往事，但也就是想想而已。

书中引用了一位哲学家托马斯·纳格尔1974年写的那篇著名文章——《身为蝙蝠是一种什么体验》。这个问题同样可以问鳗鱼：身为一条鳗鱼是什么体验？

我们用尽了各种方法去研究它们，基因、激素、追踪器、卫星定位……但我们真的理解它们吗？

我不知道。

但有时候我反而觉得，正是这种“不知道”，让鳗鱼变得有趣。

如果你对这种神秘的生物感兴趣，或者只是想找本书打发一下午，《鳗鱼的旅行》值得一读。它不会告诉你鳗鱼是什么——因为没人知道。它只会告诉你，鳗鱼有多神秘，以及人类为了破解这个谜，花了多少力气。

附录：读书笔记（摘录）

马尾藻海是一片没有陆地边界的海洋，它只是由四股强大的海流围起来的……500多万平方公里的马尾藻海就像在由海流封闭起来的圆圈里打转的一个温暖又缓慢的漩涡。进入这片海域的东西，要想出去就没有那么简单了。

如果因为外力被冲到其他地方，只要情况一允许，它们就会立刻返回自己所选择的住处。那些在实验中被捕获的鳗鱼被装上无线电发射器后，在距捕获地几公里远的地方被放生，可一两周之内它们就会准确地回到它们最初被捕获的地方。没有人确切地知道它们是如何找回家的。

亚里士多德建议：在干旱期去观察一个干涸的池塘。所有的水都被蒸发掉了，所有的淤泥和土都被晒干了，硬化了的池塘底部已经完全不存在生命了……但是当第一场雨降临时，当雨水缓缓地重新灌满池塘时，奇妙的事情发生了。一瞬间，池塘里又满是鳗鱼了。突然间，它们就在那里了。雨水赋予了它们存在。

在鳗鱼这个问题上，那些本来博学的人，在某种程度上却总是受到信仰的摆布。

有一种鱼，在全世界很多地方都比其他鱼更常见，我们每天都能在市场和餐桌上见到它们，尽管现代科学界花了那么多力气做了那么多实验，它们仍然能够使自己的繁殖、出生、死亡方式保持隐秘。鳗鱼问题存在的时间，跟自然科学的历史一样长。

遇到一条鳗鱼差不多就像遇到一个去过地球上最美丽、最遥远地方的人；我立刻就能看到一幅生动的景象，那是鳗鱼去过的神秘地方，是我——作为人类——永远无法造访的地方。

我们似乎被困在了一种“乌托邦僵局”中。

——选自 [瑞典] 帕特里克·斯文松《鳗鱼的旅行》

有变则通，有通则久

Fri, 21 May 2021 00:00:00 +0000

一上班就收到了《云南蝴蝶大爆发》的直播推送，前段时间在热搜上看到时就颇有兴趣——上学时跟随学院里的两位老师一起到山里观测过蝴蝶，其中一位是生物鉴定达人，另一位则是昆虫学家，他们都是我尊敬的启蒙老师。

蝴蝶这件事，越想越觉得有意思。毛虫与蝶，同一套基因组，却活出截然不同的两世——并非基因被替换，而是在变态发育中，同一套遗传信息被重新"解读"。犹如换了套剪切方案，羽化出全新的形态与功能。这让我想起古人说的那句

有变则通，有通则久。

放在分子生物学的语境下，竟意外贴切。

人类基因组只有两万多个基因，却构建出如此复杂多样的生命系统，奥秘很大程度上就在转录后的选择性加工里。DNA转录出的初级mRNA，需将内含子剪切移除，外显子相互连接，才能形成成熟的mRNA。但剪切并非只有一种结果——同一个初级转录本，可以保留或跳过某个内含子、包含或排除某个外显子、甚至改变外显子的连接顺序。一套排列组合下来，一个基因能产生数十甚至数百种mRNA变体，翻译出功能各异的蛋白质。

这便是可变剪切（Alternative Splicing）。

同一基因在不同组织、不同发育阶段，通过不同的剪切方式产出不同的蛋白质。以神经系统为例，同一基因经不同剪切，可产生对不同神经递质敏感的离子通道蛋白，决定神经元信号传导的特异性。

另一种同样精妙的机制是可变多聚腺苷酸化（Alternative Polyadenylation）。

mRNA的3’端通常添加poly(A)尾巴，保护其不被降解并协助翻译。但mRNA上可能存在多个潜在的多聚腺苷酸化位点——选择靠近转录起始点的位点时，3’端更短，调控序列更少，mRNA更易被降解；选择远端位点时，一些调控元件被保留，影响mRNA的细胞内定位和翻译效率。细胞正是通过选择不同位点，来精细调控mRNA的寿命和翻译时机。

基因数目有限，却通过这些"变化"极大地拓展了表达的多样性——有限的遗传信息，生生不息。

云南是下一届《生物多样性公约》缔结大会要召开的地方。云南瑞丽由于地理位置特殊，遭遇了疫情反扑，使原本5月的大会推迟到10月。不然刚好能赶上蝴蝶大爆发的景象，实在可惜。

如果没有记错，明天是国际生物多样性日。

生物多样性为什么如此重要？这取决于人们对生态系统自然修复能力的态度是否乐观，出于我们的伦理，以及对复杂的敬畏。在物质极大丰富的时代，智人占有的自然资源和掌握的科学技术，换来寿命的延长和物种的安定，至于这些在多大程度上威胁到其他生物的生存，我想并不容易界定。

一种稀有生物的灭绝对目前这代人的影响大都不是肉眼可见的，不过我们还是尽可能从可持续的角度出发。持对立价值观的人则少有为资源忧虑，但也仍然会面对疾病的挑战。病毒是简单的生命形式，在全球化背景下带来了空前规模的疫情。癌变则像一套23册的书卷（每本约1000页），仅仅出现了40-60个排字错误，却成为了生命最困难的终极战役。

幸好，有一部分高明的人（但愿他们并不是自诩"智人为地球的主宰"）考虑到各个物种在系统中隐约发挥着一定的生态作用，提倡人们采取行动，关注生物多样性保护。

我深受感染。

从基因的可变剪切到物种的多样并存，“变"是生命应对有限资源的根本策略——一个基因通过不同的剪切方式产出多种蛋白质，一个生态系统通过不同的物种组合维持韧性。逻辑同源，尺度不同。

祝愿后疫情时代的世界，健康和平，焕发新生，羽化成蝶。

可变剪接分析详解 / Alternative Splicing

Sun, 21 Feb 2021 00:00:00 +0000

背景

在真核生物中，一个基因可以通过可变剪接（Alternative Splicing, AS）产生多种 mRNA 亚型（isoform）——即在 pre-mRNA 剪接过程中，通过不同的外显子组合方式，生成不同的成熟 mRNA。这一机制在不增加基因数目的前提下，极大扩展了蛋白质组（proteome）的多样性。

一个含有 N 个外显子的基因，理论上最多可产生 2^(N-1) 种剪接变体。实际中，大多数基因产生 2-10 种亚型，但个别基因（如果蝇 Dscam）可产生数万种剪接变体（splice variant）。

为什么需要计算分析

高通量转录组测序（RNA-seq、全长 cDNA 测序）会产生数千条转录本比对到参考基因组上的结果。人工逐个检查每个基因的剪接变异是不现实的。计算流程需要：

将属于同一基因位点的转录本聚类
区分真正的剪接变体与比对假象（alignment artifact）
对每种剪接变异进行分类
对全基因组的 AS 事件进行定量和汇总

AS Code 的概念

AS Code 体系（Sammeth et al., 2008）提供了一种紧凑、无歧义的记号来描述任意可变剪接事件。其核心思想是：

对于任意一对重叠的转录本，它们之间不同的剪接位点定义了 AS 事件。将这些差异位点按位置编号，并标记为供体（^）或受体（-），即可得到唯一描述该事件结构的编码。

这一编码使得 AS 事件可以被系统地分类为具有生物学意义的类别。

输入数据与预处理

所需输入文件

文件	格式	内容
基因组	FASTA	参考基因组序列
基因注释	GTF	基因模型及外显子坐标
cDNA 比对	GFF3 (cDNA_match)	全长 cDNA 比对结果

基因注释提供参考转录本结构；cDNA 比对提供实验观测到的转录本结构，可能揭示注释中未收录的新剪接变体。

海水与淡水环境下日本鳗鲡多组织差异表达基因分析

Thu, 15 Aug 2019 00:00:00 +0000

摘要

本研究对海水（SEA）与淡水（TAP）环境下鳗鲡的三个关键组织（脑部、性腺、胸鳍）进行了差异表达基因（DEG）分析，旨在揭示鳗鲡在盐度适应过程中的转录组响应机制。

主要发现：

全局分析（控制组织效应）鉴定出 422 个 DEG（303 上调，119 下调）
脑部对盐度变化最为敏感，共鉴定出 500 个 DEG
三组织共同显著（交集）的核心响应基因共 8 个，全部在海水环境中上调表达

主要结论：

日本鳗鲡对盐度变化具有组织特异性的转录组响应，其中脑部响应最强，胸鳍最保守。
海水环境激活了更多基因（全局分析：72% 上调），表明海水盐度环境促进了特定的基因表达程序。
不同组织的响应模式差异反映了组织特异性功能对环境盐度的差异化适应策略。

一、材料与方法

1.1 样本信息

实验选用的是2017年5月31日在泉州地区购买的非野生养殖鳗。购买时，挑选体重300g - 1000g，体型较鼓，胸鳍圆钝、颜色深，背黑腹银的鳗鲡。此为下海前雌性银鳗的典型特征，形态学上雌雄鉴别的准确率约为90%¹。

从5条非野生鳗中随机挑选3条进行盐度驯化，与淡水养殖的鳗鲡形成对照。每日定时添加6.6‰海水盐，到第五天，实验组鳗鲡所处环境达到30‰左右的盐浓度（海水盐度约为35‰），模拟日本鳗鲡洄游入海的盐度变化过程。

取样时，将全部5条日本鳗鲡经冰水处理达到麻痹的效果，之后可进行形态指标的测量及解剖。每条日本鳗鲡各取脑部、性腺及胸鳍作为RNA测序样本，为避免RNA水解，取下后立即投入液态氮中冷冻保护。

样本	体长（mm）	体重（g）	水平眼径（mm）	垂直眼径（mm）	眼间距（mm）	吻长（mm）	胸鳍长（mm）	胸鳍宽（mm）	肛门到腹鳍起始端（mm）
SEA_1	695	553	12	11	15	12	35	16	5
SEA_2	650	570	10	9	13	13	30	20	4
SEA_3	680	600	11	11	13	13	30	16	4
TAP_1	675	610	/	/	/	/	30	20	8
TAP_2	715	650	9	10	15	16	27	18	5

注：