复杂基因组测序技术研究进展

复杂基因组指的是无法使用常规测序和组装手段直接解析的一类基因组,通常指包含高比例重复序列、高杂合度、极端GC含量、存在难消除异源DNA污染的基因组。为了解决复杂基因组的测序和组装问题,需要分别从基因组测序实验方法、测序技术平台、组装算法与策略3个方面进行深入研究。本文详细介绍了复杂基因组测序组装相关的现有技术与方法,并结合复杂基因组经典实例介绍了复杂基因组测序的技术解决途径和发展历程,可为制订合适的复杂基因组测序策略提供参考。     

木本植物全基因组测序研究进展

近年来,植物全基因组测序的结果正如雨后春笋般涌现,木本植物全基因组测序也在紧锣密鼓地展开。但由于木本植物通常基因组较大,基因组结构较为复杂,在测序、测序后的组装、注释、功能分析等均存在较大的困难。在基因组测序分析的经费预算方面也存在着较大的压力。因此,有必要对这方面的研究进展及其存在问题进行分析比较,以提高林木全基因组研究方面的效率。文章在比较分析已经发展起来的3代基因测序技术(Sanger测序法、合成测序法和单分子测序法)的基础上,选择4种已经公布的木本植物(杨树、葡萄、番木瓜、苹果),从全基因组测序的研究背景、测序结果及应用的研究进展和存在问题等方面进行了述评,对未来要开展的木本植物全基因组测序前的准备工作(材料选择、遗传图谱和连锁图谱的构建、测序技术的选择),全基因组测序结果的生物信息学分析和应用进行了讨论。     

植物复杂基因组与泛基因组研究现状与展望

基因组是指一个生物体内遗传物质的总和,是生物学研究的关键之一.自2000年拟南芥基因组被测序发表以来,已有超过800个植物基因组相继被破解,极大促进了植物分子生物学、遗传学等领域的发展.即便如此,植物基因组学研究仍然面临一系列挑战,包括高杂合、高重复度、高倍性等复杂基因组的组装和泛基因组的构建等.本文从植物基因组学的发展概况、基因组测序技术、组装算法等三个方面,全面展示了植物基因组的快速发展.其中,介绍了简单基因组装和复杂基因组装的相关策略,总结了“端粒到端粒”(telomere-to-telomere或称T2T)的组装和泛基因组构建方法以及其重要性.最后,对未来植物基因组的发展进行了展望,认为随着技术的不断进步,基因组解析技术和方法将会更加完善,为植物基因组的深入研究提供更多支持.本文为植物T2T、复杂基因组组装和泛基因组的构建方法研究提供了参考依据.     

木本植物全基因组测序研究进展

近年来, 植物全基因组测序的结果正如雨后春笋般涌现, 木本植物全基因组测序也在紧锣密鼓地展开。但由于木本植物通常基因组较大, 基因组结构较为复杂, 在测序、测序后的组装、注释、功能分析等均存在较大的困难。在基因组测序分析的经费预算方面也存在着较大的压力。因此, 有必要对这方面的研究进展及其存在问题进行分析比较, 以提高林木全基因组研究方面的效率。文章在比较分析已经发展起来的3代基因测序技术(Sanger测序法、合成测序法和单分子测序法)的基础上, 选择4种已经公布的木本植物(杨树、葡萄、番木瓜、苹果), 从全基因组测序的研究背景、测序结果及应用的研究进展和存在问题等方面进行了述评, 对未来要开展的木本植物全基因组测序前的准备工作(材料选择、遗传图谱和连锁图谱的构建、测序技术的选择), 全基因组测序结果的生物信息学分析和应用进行了讨论。     

植物基因组测序的研究进展

近年来,随着测序技术的不断发展,基因组测序技术渐趋成熟并在动物和植物基因组上获得了越来越多的成功,大量植物的基因组的草图和精细图不断地被公布出来。比较和分析了三代测序技术各自的特点,对测序前的准备、基因组组装、注释和比较基因组学等方面的研究进展进行了详细的评述,阐明了植物基因组研究的特点和难点。通过植物的全基因组测序,研究者不仅可以获得该植物基因组和重要功能基因的序列信息,为从分子水平研究植物的分子进化、基因组成和基因调控等提供了一定的依据,而且还对即将测序的植物基因组研究具有重要的借鉴意义。     

纳米孔测序技术在环境微生物研究中的应用

高通量测序技术是研究环境微生物的有效手段,而以纳米孔测序为代表的第三代测序技术以其测序读长长、测序速度快、测序数据实时监控、仪器方便携带、无GC偏好性、无需经过PCR扩增等显著优势有力推动了环境微生物研究的发展.本文对纳米孔测序技术的技术原理和特点进行了简要概述,重点介绍了纳米孔测序技术在环境微生物扩增子测序、宏基因组...     

高通量测序技术在食品微生物研究中的应用

高通量测序技术的快速发展对食品微生物发酵过程和机制研究产生了深刻的影响,主要体现在食品微生物生理功能、代谢能力和进化的研究以及食品微生物群落结构、动态变化及其对环境的响应机制等方面。另外,通过对食品微生物基因组和元基因组进行数据分析,也对食品发酵过程优化、微生物功能改造、食源性微生物疾病预防和控制等提供了重要的依据。本文总结了近年来利用高通量测序技术对食品微生物基因组和元基因组进行测序的研究,并探讨了测序技术的发展对食品微生物研究的影响及发展趋势。     

苏云金芽孢杆菌基因组研究概况

迄今为止,全球已有2个Bt株菌株完成了全基因组测序,1个Bt菌株正在拼接中,15个Bt菌株正在进行测序中.已有22个Bt质粒完成了全序列测定.Bt是作为生物农药使用最广泛的微生物菌株,也是最为成功地将其杀虫晶体蛋白基因应用于植物转基因的微生物.在基因组进化、新基因发现、基因表达调控等方面一直是科学家研究的热点,并取得了相当多的成果.本文概述了苏云金芽孢杆菌基因组测序现状、基因组特征及比较基因学等方面的研究进展.     

三维基因组数据分析方法进展

对染色质三维结构的探究逐渐成为了解基因组功能与基因调控关系的必要手段.近年来,随着高通量染色体构象捕获(Hi-C)等技术的发展和高通量测序成本的降低,全基因组交互作用的数据量快速增长,交互作用图谱分辨率不断提高.这给三维基因组学发展带来机遇的同时,也给计算建模带来了挑战.当前,三维基因组数据的分析方法覆盖面广,包括了数据前期处理、标准化、可视化、特征提取、三维建模等环节,但是如何从中选择高效、准确的方法却成为制约研究者们开展研究的一项关键因素.本文根据这些方法的适用场景、原理及特点进行系统地归纳,并重点关注了针对新技术或新需求的分析方法,以期促进这一领域中信息学方法的应用和开发,助力三维基因组学的研究.     

454测序技术开发微卫星标记的研究进展

第二代测序技术(454测序为例)已成为测定基因组序列的一种成熟技术.454测序亦可应用于目标DNA区域分析,因此可用作微卫星标记的开发.较传统方法而言,具有便捷、高效等特点.目前,运用454技术进行基因组测序或转录组测序开发微卫星标记,用以研究种群生态学、构建遗传图谱等得到越来越多的重视和应用.综述了454测序技术在开发微卫星标记上的应用,并根据其优缺点对其应用前景进行了展望,旨在为应用454测序开发微卫星提供参考.     

昆虫基因组及数据库研究进展

基因组序列为昆虫分子生物学研究提供丰富的数据资源,推动系统生物学在古老的昆虫学中蓬勃发展。昆虫基因组学研究已经成为当前的研究热点,目前在NCBI登录注册的昆虫基因组测序计划有494项,其中已提交原始测序数据的昆虫有225种,完成基因组拼接的有215种,具有基因注释的有65种,公开发表的昆虫基因组有43篇。本文综述了测序技术发展的历史及其对昆虫基因组研究的推动作用、昆虫基因组的组装和注释及其存在的问题、昆虫基因组测序进展、昆虫基因组数据库的发展及基因数据挖掘利用的基本思路和对策,以及昆虫基因大数据在害虫防治和资源昆虫利用中的应用前景。     

RAD-seq技术在基因组研究中的现状及展望

Restriction-site associated DNA sequencing(RAD-seq)技术是在二代测序基础上发展起来的一项基于全基因组酶切位点的简化基因组测序技术。该方法技术流程简单, 不受有无参考基因组的限制, 可大大简化基因组的复杂性, 减少实验费用, 通过一次测序就可以获得数以万计的多态性标记。目前, RAD-seq技术已成功应用于超高密度遗传图谱的构建、重要性状的精细定位、辅助基因组序列组装、群体基因组学以及系统发生学等基因组研究热点领域。文章主要介绍了RAD-seq的技术原理、技术发展及其在基因组研究中的广泛应用。鉴于RAD-seq方法的独特性, 该技术必将在复杂基因组研究领域具有广泛的应用前景。     

Genome analysis of the domestic dog (Korean Jindo) by massively parallel sequencing

Although pioneering sequencing projects have shed light on the boxer and poodle genomes, a number of challenges need to be met before the sequencing and annotation of the dog genome can be considered complete. Here, we present the DNA sequence of the Jindo dog genome, sequenced to 45-fold average coverage using Illumina massively parallel sequencing technology. A comparison of the sequence to the reference boxer genome led to the identification of 4 675 437 single nucleotide polymorphisms (SNPs, including 3 346 058 novel SNPs), 71 642 indels and 8131 structural variations. Of these, 339 non-synonymous SNPs and 3 indels are located within coding sequences (CDS). In particular, 3 non-synonymous SNPs and a 26-bp deletion occur in the TCOF1 locus, implying that the difference observed in cranial facial morphology between Jindo and boxer dogs might be influenced by those variations. Through the annotation of the Jindo olfactory receptor gene family, we found 2 unique olfactory receptor genes and 236 olfactory receptor genes harbouring non-synonymous homozygous SNPs that are likely to affect smelling capability. In addition, we determined the DNA sequence of the Jindo dog mitochondrial genome and identified Jindo dog-specific mtDNA genotypes. This Jindo genome data upgrade our understanding of dog genomic architecture and will be a very valuable resource for investigating not only dog genetics and genomics but also human and dog disease genetics and comparative genomics.     

Sequencing and assembly of low copy and genic regions of isolated Triticum aestivum chromosome arm 7DS

The genome of bread wheat (Triticum aestivum) is predicted to be greater than 16 Gbp in size and consist predominantly of repetitive elements, making the sequencing and assembly of this genome a major challenge. We have reduced genome sequence complexity by isolating chromosome arm 7DS and applied second‐generation technology and appropriate algorithmic analysis to sequence and assemble low copy and genic regions of this chromosome arm. The assembly represents approximately 40% of the chromosome arm and all known 7DS genes. Comparison of the 7DS assembly with the sequenced genomes of rice (Oryza sativa) and Brachypodium distachyon identified large regions of conservation. The syntenic relationship between wheat, B. distachyon and O. sativa, along with available genetic mapping data, has been used to produce an annotated draft 7DS syntenic build, which is publicly available at http://www.wheatgenome.info . Our results suggest that the sequencing of isolated chromosome arms can provide valuable information of the gene content of wheat and is a step towards whole‐genome sequencing and variation discovery in this important crop.     

杨树基因组中染色体基因丰度分化及EST序列对基因覆盖度的检测(英文)

高等植物基因组中,大部分序列为非表达序列,基因序列所占的比例很小,了解基因在基因组中的分布是研究基因组结构的一个重要方面。在美国能源部资助下,一个毛果杨无性系的基因组测序已经完成并对公众发布。杨树全基因组序列的完成,为我们了解林木基因组中基因的分布提供了一个特例。在本文中,我们利用泊松分析对杨树基因组中基因在各个染色体上的密度进行了检测,结果表明杨树基因组中各条染色体的基因含量存在显著差异。杨树全基因组测序项目揭示现代杨树基因组起源于一次古全基因组复制事件(称为杨柳科基因组复制),所以杨树基因组不同染色体间存在很大的同源复制片段。但是我们的研究显示,杨树基因组中大多数高度同源的染色体上基因的密度与染色体间的同源性没有明显关系,这说明杨柳科全基因组复制事件后,各个高度同源染色体上的基因发生了流失,且基因流失的速率是不一样的。同时本文还对近九万条毛果杨EST序列进行了比对分析,结果显示这些EST序列覆盖的基因仅占杨树基因组中基因总数的16.8%左右。EST测序虽然是发现基因的一个重要手段,但小规模EST测序对基因的覆盖度很低,所以小规模EST测序的应用价值是有限的。     

Old can be new again: HAPPY whole genome sequencing, mapping and assembly

During the last three decades, both genome mapping and sequencing methods have advanced significantly to provide a foundation for scientists to understand genome structures and functions in many species. Generally speaking, genome mapping relies on genome sequencing to provide basic materials, such as DNA probes and markers for their localizations, thus constructing the maps. On the other hand, genome sequencing often requires a high-resolution map as a skeleton for whole genome assembly. However, both genome mapping and sequencing have never come together in one pipeline. After reviewing mapping and next-generation sequencing methods, we would like to share our thoughts with the genome community on how to combine the HAPPY mapping technique with the new-generation sequencing, thus integrating two systems into one pipeline, called HAPPY pipeline. The pipeline starts with preparation of a HAPPY panel, followed by multiple displacement amplification for producing a relatively large quantity of DNA. Instead of conventional marker genotyping, the amplified panel DNA samples are subject to new-generation sequencing with barcode method, which allows us to determine the presence/absence of a sequence contig as a traditional marker in the HAPPY panel. Statistical analysis will then be performed to infer how close or how far away from each other these contigs are within a genome and order the whole genome sequence assembly as well. We believe that such a universal approach will play an important role in genome sequencing, mapping, and assembly of many species; thus advancing genome science and its applications in biomedicine and agriculture.     

A reference genome of the Chinese hamster based on a hybrid assembly strategy

Accurate and complete genome sequences are essential in biotechnology to facilitate genome‐based cell engineering efforts. The current genome assemblies for Cricetulus griseus, the Chinese hamster, are fragmented and replete with gap sequences and misassemblies, consistent with most short‐read‐based assemblies. Here, we completely resequenced C. griseus using single molecule real time sequencing and merged this with Illumina‐based assemblies. This generated a more contiguous and complete genome assembly than either technology alone, reducing the number of scaffolds by >28‐fold, with 90% of the sequence in the 122 longest scaffolds. Most genes are now found in single scaffolds, including up‐ and downstream regulatory elements, enabling improved study of noncoding regions. With >95% of the gap sequence filled, important Chinese hamster ovary cell mutations have been detected in draft assembly gaps. This new assembly will be an invaluable resource for continued basic and pharmaceutical research.     

基于全基因组数据华根霉产真菌毒素分析

【目的】在对中国传统优势浓香型白酒产业中重要功能微生物华根霉菌株CCTCCM201021全基因组测序的基础上,以生物信息学的方法和手段主要针对真菌毒素的合成代谢途径及关键基因进行分析,考察微生物在食品工业应用中的安全性。【方法】应用Illumina平台Solexa测序技术对华根霉进行基因组测序,运用SOAPdenovo组装软件进行拼接,并进行一系列生物信息分析,考察根霉素、小孢根霉素及典型丝状真菌毒素代谢的主要途径及相关基因,包括PKS、NRPS与PKS-NRPS混合代谢途径;萜类化合物代谢和其他代谢途径等,判断华根霉是否具有产真菌毒素的潜在危害性。【结果】测序结果表明华根霉全基因组大小为45.70 Mb左右,GC含量为36.99%。通过基因预测软件分析得到基因17 676个,共注释基因13 243个。通过进化树与同源基因比较分析,与目前基因组测序完成的仅有的3株接合菌基因组相比,序列相似性普遍偏低,与华根霉存在较为显著的差异,但同源基因的相似性在60%左右。代谢分析表明,华根霉中仅存在较少聚酮合成、萜类化合物合成途径代谢基因,存在大量异源物质降解途径基因。【结论】华根霉基本不具备产目前已知的真菌毒素的关键基因或合成能力,可以认为其发酵产品是相对安全的。在酿造过程中,不仅可作为糖化菌,在混菌发酵时,对部分具有抑菌能力的抗生物质具有降解功能,是发酵工业中应用的相对安全的重要生产菌。     

A genome-wide, end-sequenced 129Sv BAC library resource for targeting vector construction

The majority of gene-targeting experiments in mice are performed in 129Sv-derived embryonic stem (ES) cell lines, which are generally considered to be more reliable at colonizing the germ line than ES cells derived from other strains. Gene targeting is reliant on homologous recombination of a targeting vector with the host ES cell genome. The efficiency of recombination is affected by many factors, including the isogenicity (H. te Riele et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 5128-5132) and the length of homologous sequence of the targeting vector and the location of the target locus. Here we describe the double-end sequencing and mapping of 84,507 bacterial artificial chromosomes (BACs) generated from AB2.2 ES cell DNA (129S7/SvEvBrd-Hprtb-m2). We have aligned these BACs against the mouse genome and displayed them on the Ensembl genome browser, DAS: 129S7/AB2.2. This library has an average insert size of 110.68 kb and average depth of genome coverage of 3.63- and 1.24-fold across the autosomes and sex chromosomes, respectively. Over 97% of the mouse genome and 99.1% of Ensembl genes are covered by clones from this library. This publicly available BAC resource can be used for the rapid construction of targeting vectors via recombineering. Furthermore, we show that targeting vectors containing DNA recombineered from this BAC library can be used to target genes efficiently in several 129-derived ES cell lines.