科普热文推荐 | 何为多组学?详解+实战案例赏析

文章来源于Future Omics,作者JANE

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Future Omics

专注组学分析前沿与热点,秉承“组学改变人类”的美好愿



01

多组学是什么?








多组学(Multi-Omics),也称为集成组学、泛组学和跨组学,旨在整合两个或多个组学数据集,进行数据分析、可视化和解释,以明确某种生物过程的机制。是一种探究机体多种物质相互作用的一种方法,目前包括基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、微生物组学等。







02
常见组学概念

#Multi-Omics

01
基因组学

基因组学(genomics)的概念最早于1986年由美国遗传学家Thomas H. Roderick提出。基因组学是对生物体所有基因进行集体表征、定量研究及不同基因组比较研究的一门交叉生物学学科。

02
表观基因组学

DNA是决定生命遗传信息的核心物质,但生命遗传信息不是由基因完全决定的,在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰可影响个体的发育,且可遗传下去。这种在基因组的水平上研究表观遗传修饰的领域被称为“表观基因组学”(epigenomics)。

03
转录组学

转录组学(transcriptomics)是指一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科。转录组学是从RNA水平研究基因表达的情况。

04
蛋白质组学

蛋白质组学(proteomics),是以蛋白质组为研究对象,研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律的科学。

05
代谢组学

代谢组(metabolomics)是指生物体内源性代谢物质的动态整体。传统的代谢概念既包括生物合成,也包括生物分解,因此理论上代谢物应包括核酸、蛋白质、脂类生物大分子以及其他小分子代谢物质。但为了有别于基因组、转录组和蛋白质组,代谢组之前只涉及相对分子质量约小于1000的小分子代谢物质。

06
微生物组学

微生物组是指一个特定环境或生态系统中全部微生物及其遗传信息的集合, 其蕴藏着极为丰富的微生物资源。


03

多组学研究总策略


策略


发现差异基因/蛋白/代谢物/微生物


差异物与表型之间的相关性

多组学差异整合分析

挖掘关键通路/分子

阐明相关分子机制



04

多组学实战:临床文章解析



接下来通过一篇文献,初步了解多组学到底能够做什么吧!此篇文献为脂质组学、蛋白组学和代谢组学整合


发表时间:2020年

影响因子:18.187

杂志名:Signal Transduction and Targeted Therapy

作者地区:中国武汉、厦门

题目:Omics study reveals abnormal alterations of breastmilk proteins and metabolites in puerperant women with COVID-19


Part.01 研究流程图

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Part.02 文章主图

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图a:组学研究工作流程:从COVID-19产妇(n =4)和健康志愿者(n =2)收集的初乳样本概述。

图b:通过GO和KEGG数据库对两组间DEP进行富集分析。结果发现:DEPs主要富集于免疫反应、炎症和代谢通路,且多数DEPs为下调。

图c:分析展示特定DEP在COVID-19产妇与健康对照组相比的倍数变化。

图d:母乳中色氨酸的分解代谢。ASMT乙酰血清素o-甲基转移酶、DDC芳香族L-氨基酸脱羧酶、TDO色氨酸2,3-双加氧酶、IDO吲哚胺2,3-双加氧酶、ipdC吲哚丙酮酸脱羧酶、ALDH醛脱氢酶、tnaA色氨酸酶。实线代表一步反应;虚线表示多重反应。

图e:母乳中苯丙氨酸和酪氨酸的分解代谢。PAL苯丙氨酸解氨酶、DDC芳香族L-氨基酸脱羧酶、PAH苯丙氨酸4-羟化酶、TAL酪氨酸解氨酶。实线代表一步反应;虚线表示多重反应。

图F:具有与COVID-19相关的衍生物的差异表达蛋白质和芳香族氨基酸的调控网络。


Part.03 文章副图

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图a:实验组及健康组临床信息比较

图b+c:两组脂质的PCA分析(主成分分析),结果显示两组无法显著区别开;火山图显示有13种脂质发生了改变(其中6种上调、7种下调)

图d+e:两组蛋白组的PCA分析(主成分分析),结果显示两组可大致区分;火山图显示有88种蛋白发生了改变(其中32种上调、56种下调)

图f+g:两组代谢组的PCA分析(主成分分析),结果显示两组可显著区分;火山图显示有79种代谢物发生了改变(其中20种上调、59种下调)



参考文献

[1] Krassowski M, Das V, Sahu SK, Misra BB. State of the Field in Multi-Omics Research: From Computational Needs to Data Mining and Sharing. Front Genet. 2020 Dec 10;11:610798. doi: 10.3389/fgene.2020.610798.

[2] Dettmer K, Aronov PA, Hammock BD. Mass spectrometry-based metabolomics. Mass Spectrom Rev. 2007 Jan-Feb;26(1):51-78. doi: 10.1002/mas.20108. 

[3] Zhao Y, Shang Y, Ren Y, Bie Y, Qiu Y, Yuan Y, Zhao Y, Zou L, Lin SH, Zhou X. Omics study reveals abnormal alterations of breastmilk proteins and metabolites in puerperant women with COVID-19. Signal Transduct Target Ther. 2020 Oct 23;5(1):247. doi: 10.1038/s41392-020-00362-w.


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end


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