如何使用CIRI识别环状RNA

引言

环状RNA（circular RNA，circRNA）是一类特殊的非编码RNA分子，其结构呈闭合环状，没有5’端和3’端。近年来，随着高通量测序技术的发展，越来越多的环状RNA被发现，并在多种生物学过程中发挥重要作用。CIRI（CircRNA Identifier）是一款专门用于识别环状RNA的生物信息学工具，能够从RNA测序数据中准确识别环状RNA。本文将详细介绍如何使用CIRI来识别环状RNA。

CIRI简介

CIRI是一款基于RNA测序数据的环状RNA识别工具，由中国科学院北京基因组研究所开发。CIRI通过分析RNA测序数据中的反向剪接（back-splicing）事件来识别环状RNA。CIRI具有以下特点：

1. 高灵敏度：能够检测到低丰度的环状RNA。
2. 高特异性：通过多种过滤条件减少假阳性结果。
3. 支持多种测序平台：包括Illumina、PacBio等。
4. 易于使用：提供命令行工具和图形界面。

安装CIRI

系统要求

• 操作系统：Linux或macOS
• 内存：至少8GB
• 硬盘空间：至少10GB
• 依赖软件：Perl、Python、SAMtools、BWA等

安装步骤

1. 下载CIRI： 从CIRI的GitHub仓库下载最新版本的CIRI工具包。

   git clone https://github.com/bioinfo-biols/CIRI.git

1. 安装依赖软件： 确保系统中已安装Perl、Python、SAMtools和BWA等依赖软件。如果没有安装，可以使用包管理器进行安装。

   sudo apt-get install perl python samtools bwa

1. 配置CIRI： 进入CIRI目录，运行配置脚本。

   cd CIRI
   ./configure

1. 编译CIRI： 运行编译命令。

   make

1. 测试安装： 运行测试脚本，确保CIRI安装成功。

   ./test.sh

使用CIRI识别环状RNA

数据准备

在使用CIRI之前，需要准备好RNA测序数据。通常，RNA测序数据以FASTQ格式存储。确保数据质量良好，并进行必要的预处理，如去除低质量reads和接头序列。

运行CIRI

1. 索引参考基因组： 使用BWA对参考基因组进行索引。

   bwa index reference_genome.fa

1. 比对测序数据： 使用BWA将测序数据比对到参考基因组。

   bwa mem -t 8 reference_genome.fa reads_1.fq reads_2.fq > aligned.sam

1. 转换SAM文件为BAM文件： 使用SAMtools将SAM文件转换为BAM文件，并进行排序和索引。

   samtools view -bS aligned.sam > aligned.bam
   samtools sort aligned.bam -o aligned_sorted.bam
   samtools index aligned_sorted.bam

1. 运行CIRI： 使用CIRI识别环状RNA。

   perl CIRI.pl -I aligned_sorted.bam -O circRNA_output.txt -F reference_genome.fa -A annotation.gtf

其中： - -I：输入的BAM文件。 - -O：输出的环状RNA列表文件。 - -F：参考基因组文件。 - -A：基因注释文件（GTF格式）。

结果解读

CIRI的输出文件circRNA_output.txt包含识别到的环状RNA信息，每行代表一个环状RNA，格式如下：

chr1    10000   10500   +   2   50   circRNA_1
chr2    20000   20500   -   3   60   circRNA_2

各列含义如下： 1. 染色体：环状RNA所在的染色体。 2. 起始位置：环状RNA的起始位置。 3. 终止位置：环状RNA的终止位置。 4. 链方向：环状RNA所在的链方向（+或-）。 5. 支持reads数：支持该环状RNA的reads数。 6. junction reads数：跨越剪接点的reads数。 7. 环状RNA名称：环状RNA的名称。

结果过滤

为了减少假阳性结果，可以对CIRI的输出结果进行过滤。常用的过滤条件包括： - 支持reads数：通常设置一个阈值，如支持reads数大于5。 - junction reads数：通常设置一个阈值，如junction reads数大于2。 - 环状RNA长度：通常设置一个范围，如长度在100bp到10kb之间。

可视化

可以使用CIRCexplorer、CIRCpedia等工具对CIRI识别到的环状RNA进行可视化，进一步分析其结构和功能。

结论

CIRI是一款功能强大且易于使用的环状RNA识别工具，能够从RNA测序数据中准确识别环状RNA。通过本文的介绍，读者可以掌握CIRI的安装和使用方法，并能够对识别结果进行解读和过滤。希望本文能够帮助研究人员更好地利用CIRI进行环状RNA的研究。

参考文献

1. Gao, Y., Wang, J., & Zhao, F. (2015). CIRI: an efficient and unbiased algorithm for de novo circular RNA identification. Genome Biology, 16(1), 1-16.
2. Memczak, S., Jens, M., Elefsinioti, A., Torti, F., Krueger, J., Rybak, A., … & Rajewsky, N. (2013). Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency. Nature, 495(7441), 333-338.
3. Salzman, J., Gawad, C., Wang, P. L., Lacayo, N., & Brown, P. O. (2012). Circular RNAs are the predominant transcript isoform from hundreds of human genes in diverse cell types. PLoS One, 7(2), e30733.