一、基本概念
cdna即全称Complementary DNA。在基因组测序中，由于原有的RNA或DNA具有碱基互补配对，可利用反转录酶将RNA转录成cDNA，再将其作为模板进行测序，以便揭示表达的基因组序列信息。也就是说，cDNA是由RNA反转录而来的DNA，是RNA的“镜像”拷贝。
// 示例代码： // 创建反转录酶对象 from Bio import SeqIO from Bio.Alphabet import generic_dna, generic_rna # 制备原始RNA样本并反转录成cDNA cDNA_seq = SeqIO.parse(RNA_seq, generic_rna).reverse_complement().transcribe().back_transcribe()
反转录产物即cDNA，除了可以被用于基因序列的分析，同时也可以被作为DNA元件用于诱导基因表达，且由于其抗RNA酶降解的能力，也被广泛应用于RNA研究领域中可逆性抑制的应用。
二、cdna在基因表达分析中的应用
对于生物体，基因不仅是物质生命的媒介，也是基因表达的来源，可以通过基因表达谱数据描绘出一组组织或细胞内的基因表达特征。而在这其中，cDNA技术是一种极有价值的基因表达谱研究技术。
目前，cDNA技术是构建基因表达文库的一个重要手段，它通过合成cDNA来使RNA的耐用性提高，可选择性地反转录到了已经去除高复杂度的类型，对于结构上的成熟mRNA符合反转录和任何原因的不同情况也有某些特殊的技术应用，比如PCR扩增技术，以便分析不同组织、不同生长发育阶段、不同应激因子作用等造成的基因表达变异情况等。
// 示例代码： # 显示cDNA序列 print(cDNA_seq) # 基因表达分析示例 from Bio import AlignIO from Bio.Align.Applications import ClustalwCommandline # 基于cDNA序列进行网格图聚类分析 alignments = AlignIO.read(pipe_clustalw(cDNA_seq), "clustal")
三、cdna在RNA研究中的应用
由于RNA具有易降解的特性，为了保留RNA初始样本特性，可以采用反转录将RNA转录成cDNA，进而进行RNA研究。这里介绍两个在RNA研究中常用的cDNA应用案例：
1）cDNA 序列的可逆性抑制应用
在RNA的特定研究过程中，可以利用反转录酶反转录RNA并将其转化为cDNA，然后在此cDNA序列上添加逆序互补的引物(antisense primer)进行PCR扩增(去氧核糖核酸聚合酶链反应)，得到DNA产物后再进行印迹分析、Southern印迹或其他分析。此方法称为反转录互补实时聚合酶链反应。(Reverse transcription Complimentory PCR)
// 示例代码：
#通过反转录将mRNA转换为cDNA进行逆转录互补实时PCR检测
from Bio.Seq import Seq
from Bio.Alphabet import IUPAC
from Bio.Emboss.Applications import Primer3Commandline
# 设定引物
antisense_primer = Primer3Commandline(
"antisense -p3_arg=PRIMER_MIN_SIZE=18 -p3_arg=PRIMER_OPT_SIZE=20 -p3_arg=PRIMER_MAX_SIZE=23 -pickle_args='-e -polymerase=Tth'")
# 进行PCR扩增
pcr_product = target_seq.reverse_complement().back_transcribe().reverse_complement() + antisense_primer
2）cDNA 序列的RNA修饰分析
利用RNA比DNA不稳定易变性的特点，其中包括各种mRNA修饰信息，对mRNA进行反转录然后进行下一代测序，可以得到不同组织RNA修饰的谱系记录。同时将RNA序列转换为cDNA，也大幅度减少了测序的复杂度与成本，该方法成为开展RNA修饰组学研究的有效手段之一，同时也在越来越多的科研领域得到了广泛的应用。
// 示例代码： # 从RNA序列中提取出cDNA序列进行RNA修饰分析 from Bio import SeqIO from Bio.Seq import Seq from Bio.Alphabet import generic_rna from Bio.Emboss.Applications import ExonerateCommandline # 从原始RNA序列中提取cDNA序列 cDNA_seq = SeqIO.parse(RNA_seq, generic_rna).reverse_complement().transcribe().back_transcribe() # 比对得到修饰信息 exonerate_cline = ExonerateCommandline(query=cDNA_seq, target=ref_seq, model='est2genome')
四、结尾
总体而言，cDNA技术作为基因组学、RNA研究、生物医学研究等多个领域的重要技术手段之一，其广泛应用在科学研究中。通过cDNA技术得到的cDNA序列，不仅可以用于基因表达分析，还可以用于RNA修饰分析、RNA的可逆性抑制应用等多种领域，因此在生命科学领域有着广泛的应用前景。