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        上周,由中国生物工程学会计算生物学与生物信息学专业委员会(筹)主办,北科院北京市计算中心承办的第二届全国计算生物学与生物信息学学术会议受到了业内的广泛关注。测序中国作为本次大会的支持媒体,将大会第二天两个分会场的精彩报告分享给大家。

         

        分会场一

        报告一、小鼠体细胞重编程中的精确核小体重塑

        江赐忠 同济大学 生命科学与技术学院 教授

        核小体是真核细胞染色体的基本结构单元,参与调控许多生理过程,包括DNA复制、转录、修复等。体细胞重编程过程中发生核小体重塑,但重建的核小体图谱与胚胎干细胞有多大的相似程度并不清楚。江赐忠教授研究团队利用高通量测序技术绘制了内、中、外胚层细胞诱导的小鼠iPS细胞与胚胎干细胞的全基因组单核小体图谱与基因表达图谱。结果表明重编程过程中核小体被精确重塑,精确调控基因转录表达,从而维持全能性。该研究成果为iPS细胞在再生医学与临床细胞替代疗法提供了理论依据。

        报告二、Nuclear circular RNAs and exon-intron circular RNAs in mammalian cells

        单革 中国科学技术大学 生命科学学院 教授

        环形RNA(circRNAs)是后生动物体内一类特殊的非编码RNA分子。目前研究已发现了大量的环形RNA,但是细胞核内是否存在环形RNA以及细胞核内环形RNA的特点仍不清楚。单革教授研究团队利用自己开发的一套鉴定细胞核内环形RNA的分析流程在人体内发现了1700个环形RNA。由于这些环形RNA保留了部分内含子,因此被命名为外显子-内含子circRNAs(EIciRNAs)。研究结果揭示出了circRNAs在细胞核中调控基因表达的一种新作用。在细胞核中这些EIciRNAs顺式作用提高了亲本基因的表达,由此指出了一种通过特异的RNA-RNA互作来控制转录的调控新策略。

        报告三、环形非编码RNA计算方法

        赵方庆 中科院北京生科院 研究员

        2013年以来,环形RNA(circRNAs)成为非编码RNA领域一个新的研究热点。与传统的线性RNA(linear RNA)不同,circRNAs是通过3’,5’-磷酸二酯键将两端相连而形成的封闭环状结构RNA分子。赵方庆研究员研究团队针对环形RNA结构特点,基于环形RNA测序数据与基因组比对时产生的成对交叉剪接信号,建立了高效、无差别的识别算法(CIRI)。同时,借助PEM、剪接位点及重复序列分部信息,构建了多重筛选策略,显著提高了预测灵敏度及准确性。通过比较ENCODE肿瘤及非肿瘤细胞系环形RNA组成及表达差异,他们发现不同肿瘤细胞系更倾向于具有不同的环形RNA组成和表达水平。这些结果揭示环形RNA分子在细胞中可能发挥非常重要的功能。

        报告四、基于高通量测序的大肠杆菌RNA-RNA相互作用研究

        李伍举 军事医学科学院 教授

        目前研究表明,RNA-RNA相互作用在基因表达调控等生物过程中发挥着重要作用。因此,阐明RNA-RNA相互作用对系统理解基因表达调控等生物过程具有重要意义。为此李伍举教授研究团队以大肠杆菌为研究对象,运用高通量测序技术构建了RNA-RNA直接相互作用实验方案,并开发了生物信息学分析平台,实现了对RNA-RNA直接相互作用的高通量识别。并利用该平台发现了大量的RNA-RNA相互作用。通过此平台不仅可以实现细菌sRNA及其靶mRNA的发现,还可以发现其他形式的RNA-RNA相互作用,为进一步研究RNA功能提供帮助,并为其他物种RNA-RNA相互作用研究提供参考。

        报告五、Characterize novel lncRNAs by integrating structure prediction with sequencing data

        鲁志 清华大学 生命科学学院 研究员

        近年来,人们越来越重视非编码RNA(ncRNA)基因的发掘工作,尤其是长非编码RNA(lncRNA)的研究。现有研究表明,lncRNA在生物体具有非常重要的功能,如基因特异的转录调控和转录后修饰作用。鲁志教授的研究团队把自己独具特色的机器学习模型预测算法与高通量测序方法相结合,开发了一个能够更准确、全面挖掘和预测新型lncRNA的方法。利用该方法可以发现特定情况下表达的lncRNA。

        报告六、Human miRNA expression profile and editing

        郭安源 华中科技大学 教授

        多年研究已证实miRNA在许多人类疾病和生物过程中发挥着重要作用。对于miRNA测序数据进行全面分析有助于帮助发掘组织特异性或疾病特异性的miRNA,促进人类疾病的诊断和治疗。郭安源教授研究团队对来自24个不同组织、疾病、细胞系的410个人miRNA测序数据进行了全面分析,描绘了人类miRNA最全面的表达谱,特异的miRNA marker等。此外郭教授还对这些miRNA数据的miRNA编辑情况进行了分析,并鉴定出24个A-to-I和23个C-to-U的miRNA编辑位点。这些miRNA表达谱数据已存放在网上HMED数据库中并供大家免费使用。这些新发现为未来miRNA功能的研究和疾病生物标志物的找寻奠定了坚实的基础。

        报告七、预测长非编码RNA的DNA结合域与结合位点

        朱浩 广州南方医科大学 研究员

        大量证据表明,许多lncRNA既包含DNA结合域,能与DNA序列形成RNA:DNA三链结构(triplex),也包含蛋白质结合域,能与DNMT/PRC蛋白结合,由此将DNMT/PRC蛋白携带到特定基因组位点。因此识别lncRNA的DNA结合域与结合位点对分析lncRNA的调节区域和错误的基因组修饰极其重要。由于lncRNA的长度达数千甚至数万核苷酸,而DNA结合域可能仅为30-60核苷酸,由实验确定DNA结合域非常困难。针对此问题,朱浩研究员及其研究团队开发了名为LongTarget的软件,以预测lncRNA的DNA结合位点,并对逾20个典型的lncRNA进行了分析,分析结果与已知染色体修饰数据十分吻合。

        报告八、Mammalian synthetic biology: next generation research tools and therapeutics

        谢震 清华大学、清华信息科学与技术国家实验室生物信息学研究部/合成与系统生物学研究中心 教授

        合成生物学是指人们将“基因”连接成网络,设计和合成各种复杂生物功能模块、系统甚至人工生命体,并应用于特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等的一门综合学科,其对生物医学的研究和应用具有深远的影响。谢震教授为我们介绍了他的研究团队使用TALE转录抑制子模块化构建出了哺乳动物基因回路(gene circuit)。他们证实利用TALE转录抑制子的输入-输出转移曲线(transfer curve),可以精确地预测模体化组装的串联TALE转录抑制子和基因开关回路。此外,他们还在Hela癌细胞中证实,以TALE基因开关作为microRNA的感应器,可以提高对细胞进行分类的精确性。

        报告九、Identification of Viruses and Viroids by Next-generation Sequencing

        吴清发 中国科学技术大学 教授

        植物病毒会引起农作物病变造成重大的经济损失,植物病毒的种类很多,如何对一个样本中植物病毒进行快速、准确、全面的鉴定对于植物疾病的预防管理具有重要意义。吴清发教授为我们介绍了一种利用高通量测序技术快速鉴定植物病毒及类病毒的方法。利用此方法对病毒宏基因组进行测序,通过组装siRNA鉴定发现病毒,可以得到比较完整的病毒序列。此外,吴教授还向我们介绍了高通量测序技术应用于病原体鉴定所面临的主要挑战。

        报告十、Maturation and Diversity of the VRC01-Antibody Lineage over 15 Years of Chronic HIV-1 Infection

        张镇海 南方医科大学南方医院肾内科教授、博士生导师

        艾滋病毒疫苗的研究一直是困扰全世界科学家的一项难题,感染艾滋病毒的患者都会产生艾滋病毒抗体,但高效抗体只在长期慢性艾滋病毒感染的患者体内产生。张镇海教授介绍了他们研究团队在艾滋病疫苗方面的研究进展。张教授采用高通量测序技术对一位非洲感染HIV病毒的缓慢进展病人的血样进行测序分析,来鉴定VRC01抗体的转录本。发现该抗体具有很高进化率,该发现对于未来艾滋病的治疗和艾滋病抗体疫苗的开发奠定了基础。

        报告十一、Telomere-centric genome repatterning determines recurring chromosome number reductions during the evolution of eukaryotes

        王希胤 华北理工大学 教授

        Gene Duplication是指DNA片段在基因组中复制出一个或更多的拷贝,这种DNA片段可以是一小段基因组序列、整条染色体,甚至是整个基因组。全基因组倍增(WGD)被认为是许多真核细胞进化的主要加速器,与动物相比被子植物(特别是开花植物)的倍增现象不太稳定。由于基因组两倍/三倍复制,被子植物染色体数通常在狭窄的范围内。王希胤教授研究团队提出了一种端粒为中心的模型来描述基因组多倍重复,并取得显著成果。

        报告十二、2014年西非埃博拉病毒基因测序与遗传多样性分析

        童贻刚 军事医学科学院 微生物流行病研究所 研究员

        范航 军事医学科学院 微生物流行病研究所 博士(报告人)

        埃博拉病毒属丝状病毒科,其基因组长度在20KB左右。埃博拉病毒属主要分为五种,其中两种对人类影响是最大的。最近一次疫情爆发,在2013年12月起源于几内亚。2014年3月,引起了世界卫生组织的关注。随着时间的推移,逐渐在西非国家开始传播,患病人数急剧增加。2014年8月,中国先后派出多个医疗团队奔赴塞拉利昂、利比亚及几内亚三个国家。童贻刚研究员及其团队对阳性标本进行了病毒基因组序列分析,找到变异位点,进而对病毒进行了分群、进化速率,时间空间分析,同时对传播趋势进行了分析。主要得到了以下三方面的结果:1.进化角度来说,病毒的进化速率并没有像之前报道的那么快,说明已经得到了很好的控制;2.分析找到了传播重要节点,为疾病防控提供了帮助;3.从大规模病毒测序结果来说,避免了PCR检测的漏检,同时避免针对特定位点的药物失效这一问题。

        报告十三、Genome-wide Assessment of Differential Translation with Ribosome Profiling

        杨雪瑞 清华大学 教授

        杨雪瑞教授在会上报告了利用Ribosome profiling和RNA测序(RNAseq)技术在基因组范围内研究RNA翻译的调控。该领域所涉及的问题也较为广泛,例如在肿瘤体系里面,哪些基因是在翻译过程被调控,如何被调控,如何参与到肿瘤的发生和发展的。杨雪瑞教授研究团队开发了Xtail方法,该方法能够基于Ribosome profiling和RNAseq的结果,衡量样本间差异的RNA翻译。相比于同类方法软件,在准确度和特异性上具有明显的优势。

        报告十四、三维基因组学的研究与进展

        李国亮 华中农业大学 生命科学技术学院 教授

        在人类基因组计划(HGP)和DNA元件百科全书计划(ENCODE)的两次浪潮推动下,测序技术得到极大发展,推动组学的深入研究。李国亮教授向大家介绍了一个崭新的研究领域——三维基因组学。旨在考虑基因组序列、基因结构的同时,研究基因组在细胞核内的三维空间结构。现在,新一代DNA测序技术和染色质交联检测技术的发展,使得基因组三维结构的研究进入了基因组和分子层面,尤其是可以将远程调控元件和他们的目标基因连接起来。李国亮教授还以基于双末端测序的染色质远程交互分析技术为例,讨论了三维基因组学研究中的相关问题和进展。

        报告十五、卡介苗比较基因组与微进化学研究

        张雯 中国疾病预防控制中心 传染病预防控制所 副研究员

        卡介苗(BCG)是目前唯一获准用于结核病的疫苗,也是人类历史上使用最多的疫苗。卡介苗由于在不同实验室条件下传代,最终产生了不同亚株。各亚株在基因型上也存在一定差异,具有遗传多态性位点。张雯副研究员在大会上介绍了利用高通量测序和比较基因组学,对不同表型的卡介苗亚株进行遗传多态性的研究。将卡介苗某种基因突变预期表型特征建立联系。以此为基础推断基因的功能,寻找有效的免疫反应基因。

         

        下面是第二分会场的精彩报告:

        报告一、天河超级计算机上的计算生物学和大数据研究

        彭绍亮 国防科技大学计算机学院 天河超级计算机专家、研究员

        随着大数据时代的到来,具有4V特性(Volume, variety, value, velocity)的生物学数据既给我们带来了深入探索生命科学领域的问题的机遇,也对我们的硬件设施--计算机提出了更高的要求。作为我国超级计算机的摇篮,国防科技大学不负众望,攻坚克难,将我国自主研发的超级计算机计算性能一举推向全球的前列。彭绍亮研究员介绍,作为目前世界上最快的超级计算机天河2号,采用的是32000 Intel Xeon CPU + 48000 Xeon Phi +4096 FT CPU 的设计,峰值性能可达到54.9PF,持续性能能够达到34PF;同时采用自主互联高速网络的核心技术使得天河2号超级计算机成为全球网络延迟最短的超级计算机。其1.4P的内存和12.4PB的全局共享存储系统容量也为更准、更快、更大地解决计算密集型、数据密集型、通信密集型的生物大数据提供了有力的保障。以天河二号上一种基于MIC的高通量短序列比算法MICA为例,17TB的人短序列数据在932个节点上短短一小时时间完成比对。

        报告二、Discovery of mutated driver pathways in cancer

        张俊华 中科院数学与系统科学院研究员

        随着“精准医学”的推进,各国又陆续提出了自己的“癌症基因组计划”。其实,早在2006年,癌症基因组就得到了国际癌症基因组联盟的重视,并于当年启动癌症基因组图谱计划(TCGA),耗资1亿美元,但目前仍然未能很好的诠释癌症的发生、演变机理。如今,各癌症基因组计划再次被提起,希望通过收集多种类型肿瘤的大量样本,从基因组、表观遗传组等多个水平来研究癌症。张俊华研究员及其团队致力于研究癌症”mutated driver pathways”,并开发了一整套数学模型,来研究和鉴定癌症发生过程中的”mutated driver pathways”,并且发现在多种肿瘤的研究中,该模型均适用。因此,极大地方便了癌症的进一步研究。

        报告三、LRAcluster: fast dimension reduction of multi-omics data using low-rank approximation for cancer molecular classification

        古槿 清华大学 硕士生导师

        癌症组学研究的主要目标之一就是通过多组学的研究来发现新的分子,用于癌症的预防、诊断和治疗。近年来,癌症多组学研究产生了海量的数据。这些数据具有不均一,维度高,数据类型多样等特点,因此缺乏有效的方法来整合分析这些多组学数据。古槿研究团队基于一种统一概率模型,提出了一种叫做LRAcluster的方法,来对多组学数据进行综合研究。该方法极大地提高了计算机运算效率,并且在多种肿瘤中得到验证。

        报告四、微生物群落数据挖掘: 高性能分析方法和应用

        宁康 中科院青岛能源所 研究员

        微生物研究广泛应用于仿生学、生态学、农业、生物医药等领域。可见微生物群落阐明微生物群落与宿主之间的关系意义重大。目前微生物群落的研究手段包括宏基因组研究和单细胞水平研究。

        宏基因组水平的研究与人类基因组不同,面临着众多的挑战:1、微生物种类众多,测序产生的数据量更大。要做到快速从测序产生的大量数据中了解样本中的微生物到底是有哪些微生物,各种微生物占多大比例,首先要考虑的就是建立一个尽可能全面的微生物参考基因组库。2、目前已知的微生物研究的数据众多,来源不一,这就需要借助一定的方法快速有效地整合多来源的数据,建立参考数据库;3、数据量巨大,如何实现快速高效的分析方法。宁康研究员及其团队通过借助高性能计算机,开发了从样本分析到数据可视化、数据挖掘等一系列的宏基因组研究的工具从而极大地提高了宏基因组研究效率。

        报告五、Comparative analysis of bacterial type VI secretion systems

        欧竑宇 上海交通大学 生命科学技术学院 教授

        随着广谱抗生素的广泛应用,细菌的耐药性问题逐渐成为医疗卫生行业关注的焦点问题。多重耐药菌甚至是“超级细菌”的出现,使得细菌耐药性机制研究成为微生物研究的热点。通过对这些多重耐药菌的基因组进行研究发现,这些耐药菌中存在着一些可转移的基因组岛与细菌的耐药高度相关。这些可转移的基因组岛被称为细菌的分泌系统。目前已知的共有7种分泌系统。然而目前对三型和六型分泌系统的了解不多。欧竑宇教授研究团队通过对已有的3000余项研究结果进行整理分析建立了首个包含906个gene cluster,1304个effector,180个immunity protein,124个regulation factors的细菌六型分泌系统的分析工具SecReT6。

        报告六、Highly Scalable Tool for Genome Assembly

        魏彦杰 中科院深圳先进研究院 副研究员

        随着二代测序的快速发展,测序成本不断降低,通量则逐渐增高,由此产生了海量的基因数据,单就人的基因组测序数据来说就可达到500G,宏基因组测序数据甚至可以达到TB~PB级别。因此,研发高效、高可扩展的基因分析工具是基因大数据分析的关键。在本报告中,魏彦杰副研究员介绍了,其所在团队基于De Bruijn graph开发了基因拼接大数据分析工具------SWAP-Assembler.该工具具有高效、扩展性强等特点。此外,他还向我们介绍了该工具的结构及运行步骤,使得我们对该工具的认识更加明确。

        报告七、Study Chromatin Long-range Interactions through ChIA-PET data.

        汪小我 清华大学自动化系 副教授

        汪小我副教授讲述了其团队当前所从事的工作。他们致力于将生物信息学、系统生物学与合成生物学相结合,定量揭示基因调控规律的研究。通过多组学整合分析研究关键调控基因的作用机制、发现新的调控通路。汪教授讲到,许多增强子都是远距离调控着他们的靶基因活动,一些蛋白在基因组上有多个结合位点。由此,他们猜想一些蛋白可能与染色质多个位点结合,并使空间距离较远的DNA折叠得较近,进而发挥调控作用。他们采用ChIA-PET在雌激素受体alpha(ER α)测序数据中验证了该猜想,使得我们对这种远距离染色质相互作用有了进一步的认识。

        报告八、A systems approach to the improved control of cancer threat: A bladder cancer paradigm

        朱景德 安徽省肿瘤医院教授 上海交通大学肿瘤研究所 研究员

        肿瘤是以异常增殖为特征,能够克服机体维稳机制的复杂的、难治的重大疾病。肿瘤具有极不稳定的基因组,表现为高度的适应性,表观遗传和多个层面的高度异质性。全世界每年都有大量患者死于肿瘤,由于以上特点,各国纷纷投入大量人力、物力、资金,投入到肿瘤的研究之中。朱教授为大家讲述了肿瘤研究的现状和面临的困难,他以“哑巴传声”为例,讲述了当前一些研究方法的缺陷和不足。他讲到基因组序列本身的变化,或基因表达量本身的变化“传递”出来的信息,可能比我们想象的复杂得多。另外,他提到肿瘤异质性是肿瘤诊断和治疗失败的主要原因,而由于这方面的原因,往往会导致盲目的治疗。他说,肿瘤的发生除了突变这一直接因素外,还与抑癌基因的表达量降低有着间接关系。DNA甲基化由于其稳定性,成为一种较有前景的肿瘤标志物,可以用于早期诊断、靶向治疗和疗效评估。

        报告九、Genomes may have a bias to form simple sequence repeats

        谭钟扬 湖南大学 教授

        序列重复是指基因组上某些序列中出现单个碱基或多个碱基序列的多次重复。研究发现,生物体内普遍存在着碱基序列重复现象。那么,问题来了,这些重复序列是怎么来的?这些重复序列是否有着什么特殊的生物学作用?伴随着这一系列疑问,谭钟扬教授就该问题展开了研究。通过大量的文献调研和序列研究,他们发现现有的界定标准似乎并不准确。之后,受到物理学一些理论的启发,谭教授推测,长重复序列可能来自于这些短的重复序列。并且,短序列向长序列的演变可能伴随着生物的进化。

        报告十、Systematic study of SUMO regulation in Homo sapiens

        任间 中山大学生命科学学院 教授

        蛋白质翻译后修饰是细胞蛋白质发挥生物学功能的重要调控机制之一。泛素化是一种最常见的翻译后修饰,主要调控蛋白质的降解。小泛素相关修饰物分子(SUMO)是一种泛素样分子,参与蛋白质翻译后修饰,但是不介导靶蛋白的靶蛋白降解,而是可逆性修饰靶蛋白,参与靶蛋白的定位及功能调节。任间教授在报告中为我们讲述了一种预测SUMO位点的方法,该方法具有高通量,低假阳性等优点,从而极大的方便了我们对于SUMO的研究。另外,任间教授还分享了一款由他们研究团队开发的生物序列可视化工具(IBS),该工具具有操作简单,图形界面美观,并且可以免费使用,因此受到了广大学者的青睐。

        报告十一、An efficient and assumption free method to approximate protein level distribution

        张治华 中国科学院北京基因组研究所 研究员

        基因表达具有一定的随机性,在某些状态下,有些基因表达的多,有些基因表达的少。那么,要想研究其具体机制,就需要一种有效,准确的方法。然而,当前的一些方法由于或多或少的不足,都未能很好地解决这个问题。张治华研究员及其团队,开发了一种叫做ODE的方法。该方法具有极好的稳健性和较低的噪音,能够很好地评估不同状态下基因的表达情况,并且,通过对已有的数据进行模拟,也得到了很好的结果,再次印证了该方法的可靠性。

        报告十二、内向整流钾通道内部弱相互作用精细调控通道门控构想变化

        安海龙 河北工业大学生物物理学研究所常务副所长、教授 河北省分子生物物理实验室常务 副主任

        生物膜是由磷脂双分子层构成,对所有的离子均不通透,离子跨膜运输需借助离子通道才能完成。研究发现,生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关,因此,离子通道的研究对于认识生物学功能及各疾病致病机理有着重要意义。

        安海龙教授及其团队研究的是内向整流钾通道。他讲到,离子通道通过构想变化响应外界刺激,实现功能;离子通道的深入研究对于离子通道病的治疗和离子通道靶向药物的开发具有重要意义。

        报告十三、多肽双末端同位素标记辅助的蛋白质组鉴定新方法

        单亦初 中国科学院大连化学物理研究所 副研究员

        蛋白质组的研究对于认识生命及各项生物学过程具有重大意义。但蛋白质组学研究存在诸多困难:比如缺少针对性的搜库算法;二级谱复杂度高,严重影响多肽和蛋白质组的鉴定。利用等重标记样本中多肽碎片离子成对存在的特征。单亦初副研究员及其团队开发了一种等重标记辅助的基于数据库搜索蛋白质组鉴定方法,和一种非等重标记辅助的蛋白质组从头测序方法,进而降低了噪音的干扰,提高了蛋白质鉴定数量。进而有望更好地认识各种癌症中的变异蛋白,为疾病的诊断和治疗带了新的希望。

         

        来源:测序中国

         

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