真核细胞中RNA分子的分布是高度不均一的。特定RNA分子的亚细胞定位与其生物学功能紧密相关,不仅可以促进局部蛋白质合成,具有转录调节、结构支持等功能,对于很多生理过程如细胞增殖、胚胎发育、神经可塑性调节也具有重要意义。随着荧光成像、分离纯化、测序分析等技术的进步,我们开始对亚细胞区域转录组有了逐步深入的研究。细胞组分分离技术与基因芯片或者高通量技术的结合可以实现对细胞膜、内质网、线粒体和神经元轴突等位置局部转录组的研究。同时,现代成像技术结合RNA报告技术、荧光原位杂交、原位测序等方法可以实现对细胞内RNA分子定位的可视化观察。尽管如此,目前的研究手段都存在一定的局限。我们迫切需要一种具有时间、空间分辨率,并且可以在活细胞和活体动物中研究亚细胞转录组的技术。在本研究中,我们开发了一种新的化学生物学技术CAP-seq,可以在活细胞中以极高的空间分辨率标记特定区域的RNA。CAP-seq借助了一个可以在光照下被激活,对邻近RNA中的碱基产生光氧化损伤和标记的蛋白质,mini SOG。通过对被标记的RNA做亲和富集和高通量测序,我们可以得到mini SOG定位区域的转录组信息。借助这一技术,我们系统研究了几个亚细胞区域的转录组,包括线粒体基质转录组,内质网表面转录组,和线粒体外膜附近转录组。CAP-seq在线粒体基质中捕获了全部15个较长的转录本,证明了该方法良好的标记特异性和覆盖度。在内质网表面,我们以96.2%的特异性检测到了372个编码分泌蛋白或膜蛋白的m RNA,在线粒体外膜附近检测到30个编码氧化磷酸化途径相关蛋白的m RNA和多达55个编码核糖体蛋白的m RNA。这些结果不仅支持了线粒体蛋白在线粒体外膜被翻译后直接转运进线粒体的模型,还暗示着线粒体功能可能与蛋白质的翻译调节有关。由于具有操作简单和标记特异性高的特点,CAP-seq是一种适合于在多种生物系统中研究亚细胞转录组的新技术。