多组学联合分析简介

近年来随着新技术的不断涌现，加快了多组学研究向定量化，高通量的发展，特别是在单细胞层次研究基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学，已成为人们发现生命化学物质基础和深入了解其分子机制的新方向。 通过对多组学数据的整合分析，有利于系统性地研究临床发病机理、确认疾病靶点，发现生物标志物与进行疾病早期诊断，从而对个体化治疗和用药指导发挥重要作用。 核酸组学：从底层原因层面探究和解决生物学问题。 蛋白组学：从表层原因层面探究和解决生物学问题。 代谢组学：从分子性状及结果层面探究和解决生物学问。 多层组学整合：组学发展的新趋势，结果更可靠、数据更丰富。

一、组学研究整体框架：

二、实验流程：

  三、案例分析： 3.1案例一：蛋白质组+转录组 参考文献：Cabezas-Wallscheid N ,Klimmeck D, et al. Identification of Regulatory Networks in HSCs and Their Immediate Progeny via Integrated Proteome, Transcriptome, and DNA Methylome Analysis[J]. Cell Stem Cell , 2014 , 15 (4) :507-22 文章内容：文章针对造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs)及四种多能祖细胞群（multipotent progenitor，MPP）的定量蛋白质组、转录组及甲基化分析数据进行了整合分析。从鉴定到的27000余条转录本，6000余个蛋白和15000余段差异甲基化区域（differentially methylated regions，DMRs）中，分析出与早期分化相关的协同作用的分子变化。文章数据揭示出493种转录因子的转录本与628条lncRNA的差异表达图谱，并找出了HSCs中重点的特异表达群。同时还发现了在HSCs分化过程中的起关键作用的转录本亚型动态调控模式，以及与MPP2细胞多能性相关的细胞周期/DNA修复特征。文章在造血层级系统的顶层提供了一个综合的全基因组的分析资料，便于探讨涉及分子、细胞、表观遗传的机制调控。

图1. 转录组及蛋白质组差异表达分析

图2. 基因表达特征谱及转录本亚型调控  

3.2案例二：转录组+蛋白质组+代谢组 参考文献： Quirós PM , Prado MA, et al. Multi-omics analysis identifies ATF4 as a key regulator of the mitochondrial stress response in mammals[J]. Journal of Cell Biology , 2017 , 216 (7) :2027 文章内容：通过分析四种线粒体应激处理后细胞转录组、蛋白质组和代谢组的变化，发现ATF4基因是线粒体应激调控的关键基因。

图1：低通量手段检测四种处理引起的线粒体功能变化

图2. 基因表达特征谱及转录本亚型调控

图3：代谢组差异分析及通路示意图

图4：下调蛋白的韦恩图与KEGG通路富集图