bulk-RNA seq测序数据分析流程

本文详细介绍了从bulk-RNA测序数据到差异表达分析的完整流程,包括数据预处理(质量控制、质量修剪、比对到参考基因组)、PCR重复标记、转录组组装与表达估计,以及使用DESeq2进行差异表达分析的步骤和所用工具如FastQC、Trimmomatic、HISAT2、StringTie和DESeq2。

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假如有bulk-RNA测序的数据:TH1,TH2,TH3三个重复(实验组),TW1,TW2,TW3三个重复(对照组)

  • 准备工作
需要安装的软件(如FastQC、Trimmomatic、HISAT2、StringTie、samtools)
conda install -c bioconda fastqc
conda install trimmomatic
conda install -c bioconda stringtie 
conda install -c bioconda hisat2
conda install samtools
conda install -c bioconda picard

1. 质量控制

首先,需要对原始的测序数据(FASTQ格式)进行质量控制。通常使用FastQC进行初步的质量检查,然后使用Trimmomatic或者其他工具进行质量修剪。

# 质量检查
fastqc *.fq.gz

# 质量修剪
for sample in TH1 TH2 TH3 TW1 TW2 TW3
do
    trimmomatic PE ${sample}.R1.fq.gz ${sample}.R2.fq.gz \
    ${sample}.R1.trim.fq.gz ${sample}.R1.untrim.fq.gz \
    ${sample}.R2.trim.fq.gz ${sample}.R2.untrim.fq.gz \
    SLIDINGWINDOW:4:20 MINLEN:25
done

2.读段比对

使用比对工具(如HISAT2, STAR等)将质量修剪后的读段比对到参考基因组。

  • 使用HISAT2进行读段比对
# 假设参考基因组索引为genome_index
for sample in TH1 TH2 TH3 TW1 TW2 TW3
do
    hisat2 -x genome_index -1 ${sample}.R1.trim.fq.gz -2 ${sample}.R2.trim.fq.gz \
    -S 
### Bulk RNA-seq 完整数据分析流程 Bulk RNA-seq 是一种用于研究大量细胞群体中转录组变化的强大工具。完整的分析流程通常分为实验设计、样品准备、测序和生物信息学分析四个主要阶段。 #### 实验设计 为了获得可靠的结果,在开始之前应精心规划实验方案,包括选择合适的对照样本和处理条件,确保足够的生物学重复次数以提高统计效力[^2]。 #### 样品制备 - **RNA 提取**:从目标组织或细胞系中高效提取高质量的总RNA- **rRNA 去除/富集mRNA**:采用特定试剂盒去除核糖体RNA(rRNA),或者利用oligo(dT)磁珠纯化poly(A)+ mRNA分子。 - **cDNA 合成**:将分离得到的RNA反转录成为互补DNA(cDNA)。 - **文库构建**:通过随机六聚体引物扩增cDNA片段,并加上接头序列以便后续上机测序。 #### 测序过程 经过上述步骤后,所建立好的文库会被加载到Illumina HiSeq/MiSeq等高通量测序仪上运行,最终产出30至数百bp长度不等的短读段(short reads)。 #### 数据质控与预处理 原始FASTQ文件需先经历一轮质量控制(QC),剔除非特异性污染及低质量base call;接着对clean data做adapter trimming操作,消除残留适配器残基影响。 ```bash fastqc *.fastq.gz multiqc . cutadapt -A AGATCGGAAGAGCGTCGTGTAGGGAAAGAGTGTA \ -o trimmed_R1.fastq.gz -p trimmed_R2.fastq.gz input_R1.fastq.gz input_R2.fastq.gz ``` #### 映射比对 使用STAR/Bowtie2/HISAT2等软件把reads映射回参考基因组,生成SAM/BAM格式的比对结果文件。 ```bash STAR --runThreadN 8 --genomeDir /path/to/genome/index \ --readFilesIn trimmed_R1.fastq.gz trimmed_R2.fastq.gz \ --outFileNamePrefix sample_name. ``` #### 表达定量 基于HTSeq/stringTie/Salmon等方式计算各基因位点上的count数值,作为衡量其相对丰度指标之一。 ```bash htseq-count -f bam -s no -t gene -i gene_id aligned_reads.bam gtf_file.gtf > counts.txt ``` #### 下游分析 最后一步涉及差异表达检测(DEGs identification)、功能注释(GO enrichment & KEGG pathway mapping)等方面的工作,常用edgeR/Limma voom/Deseq2包实现这一目的[^1]。 --- ### 细胞富集方法概述 在某些情况下,可能希望专注于某一类特殊类型的细胞亚群来进行更深入的研究。此时就需要采取额外措施来达到这个目标: - **物理分选法**:比如流式细胞术(FACS,FACS可以依据荧光标记抗体识别表面抗原特性挑选所需细胞), 或者密度梯度离心(Density Gradient Centrifugation,DGC适用于不同比重成分之间的快速分离). - **负向选择策略**:即先除去不需要的部分(如红血球裂解液Lyse Red Blood Cells,RBC lysis buffer可有效破坏哺乳动物血液中的成熟红细胞而保留白细胞). - **正向捕获手段**:借助于针对特定标志物开发出来的亲合介质(Magnetic Beads Coated with Antibodies against Specific Markers,MACS beads能够吸附带有相应受体结构域的目标单元) 以上这些方式都可以帮助研究人员更好地聚焦感兴趣的细胞群体,从而为进一步开展针对性强且精度高的bulk RNA-seq奠定良好基础[^3].
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