荷花玉兰叶绿体全基因组高通量测序及结构解析

荷花玉兰是重要的药用、观赏及园林绿化植物.应用454高通量测序技术对荷花玉兰叶绿体全基因组进行测序,解析了其基因组结构,并与近缘物种基因组进行了比较分析.荷花玉兰叶绿体基因组全长为159623bp,两个反向互补重复区(IRs)长26563bp,被分隔的大单拷贝区(LSC)和小单拷贝区(SSC)长度分别为87757和18740bp.成功注释129个叶绿体基因,其中18个基因含有内含子.基因的种类、数目以及GC含量等与其他木兰科物种相类似.生物信息学分析获得218个SSR位点,大多位点富含A-T,具有碱基偏好性.木兰科物种的重复基序类型和丰度相对保守,有利于开发叶绿体基因组载体.木兰亚纲植物叶绿体基因组的大小及IR区边界的变化与ycf1的长度密切相关.采用30个物种叶绿体基因组的66个共有蛋白编码基因构建系统发育树,对木兰属在被子植物中的进化位置进行了探讨.荷花玉兰叶绿体全基因组序列的获得和结构解析对优良品种培育、叶绿体基因组工程、木兰科物种分子标记开发及系统发育关系的研究具有重要价值.     

非编码RNA与哺乳动物基因组印记的起源

基因组印记是由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象,主要发生在胎盘哺乳动物（真哺乳类）和显花植物中.大部分印记基因都分布在印记基因簇内,其中包含大量的非编码RNA基因.印记基因的表达受印记控制区（ICRs）的顺式调控.基因组印记产生的原因及过程是现代遗传学研究的一个热点问题,分析印记同源区从非印记物种到印记物种的过渡,为解决这一问题提供了重要启示.最近,原始哺乳动物（有袋类和单孔类）模式物种全基因组测序的完成,极大地促进了印记同源区的比较分析研究.本文对这些研究进行了回顾和分析,发现非编码RNA与哺乳动物基因组印记获得关系密切.主要依据为：（1）伴随着基因组印记的获得,印记区有大量的非编码RNA新基因出现;（2）与基因组印记相关的一些保守非编码RNA的表达发生了显著变化.此外,对15种脊椎动物中印记snoRNA基因系统分析的结果表明：印记snoRNA起源于真哺乳类与有袋类动物分化之后,并且在真哺乳类辐射进化之前发生了迅速的扩张,主要的基因家族在这一时期已经形成.这些结果进一步证明了非编码RNA与基因组印记获得的密切联系.非编码RNA可能主要通过调控印记表达和诱导染色体表观遗传修饰两种机制,参与哺乳动物基因组印记的获得.     

转座子插入宿主基因在稻属中的分布式样及其适应意义的初探

转座子在各类真核生物基因组中都占有很高的比例,它们对宿主基因组特别是关联的基因在结构、功能和进化上都起着重要的作用。基于生物信息学分析,本研究选择了水稻基因组中2个被转座子插入的宿主基因,通过PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳分析,获得了转座子在稻属16个代表物种94份材料中的插入式样。结果表明,这2个转座子在稻属中的分布式样与插入时间不同,基因三DG-＆02926349中的转座子在AA-基因组的物种中全部存在,基因LOC-Os02945130中的转座子则插入稻属AA-基因组的部分物种中,与AA-基因组的物种的系统发育关系相吻合。转座子在宿主基因组中不同的分布与保留式样以及插入后已经固定在不同地理来源的群体中,暗示了它们在物种进化过程中对宿主基因可能存在适应性意义。     

十字花科植物叶绿体基因组结构及变异分析

该研究比较了十字花科22个属22个物种的叶绿体基因组,以揭示十字花科叶绿体基因组的一般特征和变异特征。结果发现:(1)基因组大小为150kb左右,不同植物的叶绿体基因组之间存在1~5kb的差异,基因组大小的差异主要是大单拷贝(LSC)长度的差异引起的。(2)十字花科物种基因顺序基本一致,未检测到基因的重排和倒置事件。(3)trnY、trnG、ycf15、rps16基因在一些物种中发生丢失,petB、petD内含子序列也在个别物种内丢失。(4)基因组的4个边界相对保守,反向重复区a-大单拷贝区(IRa-LSC)边界处于rps19基因上,反向重复区a-小单拷贝区(IRa-SSC)边界在所有物种中均位于ycf1基因中,但是rps19和ycf1在边界两侧的长度具有差异,反向重复区b-小单拷贝区(IRb-SSC)边界在大部分物种中位于ycf1假基因和ndhF基因的重叠区内,而在庭荠(Alyssum desertorum)、小花南芥(Arabis alpina)2个物种中发生了改变,分别位于ycf1假基因和ndhF基因内。(5)29个蛋白编码基因长度发生变化,基因长度的变异来源于基因内含子或者编码区长度的改变,ycf1基因长度在3个物种中发生了大片段的缺失,部分基因长度的变化具有明显的系统发育信号。(6)基于叶绿体基因组数据构建的系统发育树具有较好的分辨率,各个进化分支具有较高的支持率。研究结果表明,利用叶绿体基因组数据可以为解决进化较快、系统发育分辨率低的植物类群的系统分类和系统发育关系提供更有力的证据。     

哺乳动物的基因组“印记”研究进展

本文综述了哺乳动物的基因组“印记”的最新研究进展。阐述了基因组“印记”的可能机制及一些最新定位的“印记”基因,并论述了基因组“印记”在发育生物学、遗传学和物种进化研究中的生物学意义。 Abstract:This article reviews the recent advance in genome“imprinting”in mammalian.It covers data on mechanisms of gene imprinting,several imprinted genes that were recently identified and the biological significance of genome imprint in development,genetics and Darwinian evolution.     

燕麦属细胞遗传学研究进展

整理燕麦属(Avena L.)细胞遗传学研究文献,总结相关研究进展。燕麦属有7组29种植物,分属5个基因组类型(A、C、AB、AC、ACD)。基于荧光原位杂交技术和种间杂交实验表明,A、C基因组染色体结构差异较大,A基因组二倍体物种具有等臂染色体,C基因组二倍体物种具有不等臂染色体。燕麦属植物D基因组和A基因组间分化程度较小,B基因组有可能是A基因组的变型——A′基因组。普遍观点认为A基因组二倍体物种可能是燕麦属六倍体物种母系亲本,砂燕麦(A.strigosa)为该属多倍体物种A基因组祖先的假说备受争议,有学者认为加那利燕麦(A.canariensis)可能是多倍体物种A或D基因组的供体。燕麦属多倍体物种基因组互换及染色体重排事件,增加燕麦属种间亲缘关系、多倍体物种基因组起源研究的困难。结合基因组学、分子细胞遗传学技术,有望为上述问题提供新证据。     

16个完整基因组中核糖体蛋白基因排列顺序保守性的研究

在16个完整基因组中,对70个核糖体蛋白基因的排列顺序进行了分析.这些基因在每个基因组中平均构成9～14个操纵子.结果显示:(1)L3和L14操纵子中包含的20多个核糖体蛋白的排列顺序在古细菌和真细菌这两个不同界的基因组中都非常保守;(2)有些操纵子结构分别是真细菌或古细菌所特有的;(3)在每一界中,有些操纵子中的核糖体蛋白的基因排列顺序在不同的物种中存在一定的差异,这种差异可以用来推测物种之间的亲缘关系.这种方法为研究古老物种的起源和进化提供了一条新途径.     

植物古基因组学研究进展

植物古基因组学是基因组学一个新兴分支,从现存物种中重建其祖先基因组,推断在古历史中导致形成现存物种的进化或物种形成事件。高通量测序技术的不断革新使测序读长更长、更准确,加快了植物参考基因组序列的组装进程,为古基因组学研究提供了大批量可靠的现存物种的基因组序列资源。全基因组复制(whole-genome duplication, WGD)亦称古多倍化,使植物基因组快速重组,丢失大量基因,增加结构变异,对植物进化极其重要。本文综述了植物基因组测序与组装研究进展、植物古基因组学的原理、植物基因组WGD事件以及植物祖先基因组进化场景,并对未来植物古基因组学研究进行了展望。     

拟南芥与水稻之间简单重复序列的比较分析

利用Peri,C 语言编写了鉴定和分析简单重复序列的一系列程序,在全基因组水平上分析了拟南芥(Arabidopsisthaliana L.)简单重复序列的分布及简单重复序列和基因的关系.共发现5 652个简单重复序列(≥20bp),大约每20.6kb有1个简单重复序列.拟南芥各染色体之间简单重复序列的密度基本一致.拟南芥的27 480条编码序列中,只有677条编码序列含有725个简单重复序列,其中的3碱基简单重复序列多数对应的是小的亲水性的氨基酸.在拟南芥和水稻(Oryza sativa L.)第4号染色体的高度保守的基因中,简单重复序列却并不保守.通过比较拟南芥和水稻之间简单重复序列的差异,推论出:水稻的全基因组和基因中简单重复序列的密度都比拟南芥大,这可能是水稻基因组序列比拟南芥大的原因之一,水稻基因组中0.21%来自简单重复序列,而拟南芥中只有0.13%;不但不同物种的基因组对简单重复序列的偏好性不同,而且不同物种的基因对简单重复序列的偏好性也不同.在水稻和拟南芥中部发现了一些嵌套性的卫星序列.     

蝙蝠蛾鳞翅虫草Samsoniella hepiali模式菌株线粒体基因组系统发育分析

蝙蝠蛾鳞翅虫草Samsoniella hepiali是重要的药用虫生真菌,根据现代分类系统,隶属于虫草科Cordycipitaceae鳞翅虫草属Samsoniella。本研究对蝙蝠蛾鳞翅虫草模式菌株(ICMM 82-2)线粒体基因组进行测序、组装和注释,发现其线粒体基因组成闭合环状,大小为24 246 bp。基因区域占比为85.10%,共编码42个基因,包括15个蛋白质编码基因(PCGs)、2个rRNA基因和25个tRNA基因。15个PCGs均以ATG为起始密码子,以TAA为终止密码子,偏好密码子为UUA。各氨基酸使用频率具有较大差异,其中亮氨酸(Leu)出现频率最高。25个tRNA基因可转运全部20种氨基酸,其中19个tRNA基因二级结构为三叶草结构。本研究基于线粒体基因组中14个PCGs基因串联数据集,构建肉座菌目6科50个物种的系统发育树,进一步证实蝙蝠蛾鳞翅虫草模式菌株系统发育位置隶属于肉座菌目Hypocreales虫草科Cordycipitaceae鳞翅虫草属Samsoniella。通过虫草科线粒体基因组共线性分析,发现其中12个物种有5个同源区,3个物种存在6个同源区,同源区域A和B长度变异较大。与其他虫草科物种相比,蝙蝠蛾鳞翅虫草线粒体基因组较小,同源区域相对较短。蝙蝠蛾鳞翅虫草模式菌株线粒体基因组信息有助于鉴别其物种特异性,确定其系统发育关系,将为虫草系统发育研究提供新思路,为继续研究鳞翅虫草属物种药用价值提供系统发育依据。     

五味子叶绿体基因组结构解析与比较分析

五味子是一种重要的药用植物.本研究通过Illumina HiSeq测序平台对五味子全基因组进行测序,完成了五味子叶绿体基因组的组装与结构解析,并与其他基部被子植物叶绿体基因组进行比较分析.五味子叶绿体基因组全长146730bp,GC含量为39.7%,由典型的4个区域组成,包括一个长单拷贝区、一个短单拷贝区和一对反向重复区(IR),其长度分别为95538、18270和16461 bp.共注释出113个基因,包括79个蛋白质编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因.有4个蛋白质编码基因、5个tRNA基因和4个rRNA基因位于IR区.在五味子叶绿体基因组中共检测出47个简单重复序列和40个长重复序列.与一般被子植物叶绿体基因组相比,五味子叶绿体基因组IR区长度大约收缩10kb.IR区发生收缩的部分GC含量为37.4%,远小于IR区平均GC含量(45.7%).利用20个物种的53个共有蛋白质编码序列对五味子在被子植物中的系统发育位置进行了分析,结果表明五味子属与八角属为姊妹分支.对五味子叶绿体基因组序列进行分析,为五味子科物种鉴定、遗传多样性以及系统发育研究提供了数据基础.     

12个物种miR-302基因簇的生物信息学分析

很多microRNA (miRNA)基因在基因组上聚集排列形成miRNA基因簇.miRNA基因簇在进化上较为保守,有其特殊的生物学意义.miR-302基因簇在胚胎干细胞中特异表达,对胚胎干细胞的自我更新和多潜能维持有重要的作用.本文采用miRBase数据库查询和BLAST同源搜索方法共搜寻并分析了12个物种的miR-302基因簇.生物信息学分析表明,这些物种miR-302基因簇均位于LARP7蛋白基因的内含子区,但转录方向与LARP7基因转录方向相反.序列相似性分析显示,同一物种miR-302簇成员间以及不同物种相应miR-302簇成员间相似性均较高.进化分析表明,基因复制可能是miR-302基因簇进化的主要驱动力.     

全基因组测序在重要家畜上的研究进展

全基因组测序研究主要包括通过不同测序技术和组装比对方法,获得某物种的全基因组序列图谱,及在此基础上构建物种全基因组遗传变异图谱进行个体或群体遗传多样性、选择信号或起源进化等方面的研究。利用单核苷酸多态性(SNP)、插入和缺失(Indel)和拷贝数变异(CNV)等遗传变异作为分子标记,全基因组测序研究已经在家畜起源进化、驯化、适应性机制、重要经济性状候选基因、群体历史动态等方面取得了许多重要的研究成果。本文主要对近几年全基因组测序在常见家畜(猪、马、牛、羊等及其近缘物种)的取得的重要研究成果进行了综述,并讨论了全基因组测序的优势、缺点及在生产中意义。此外,对基因组测序研究的未来发展进行了归纳及展望,以期为今后家畜重要经济性状的功能基因定位和物种起源、驯化研究提供参考。     

社鼠（Niviventer confucianus）线粒体基因组全序列分析

社鼠（Niviventer confucianus）属于啮齿目（Rodentia）、鼠科（Muridae）、白腹鼠属（Niviventer）,关于该物种的分子系统学研究极少。为获取社鼠线粒体基因组全序列,提取其基因组总DNA,参照近缘物种线粒体基因组全序列设计34对特异性引物,利用PCR扩增全部片段后进行测序,之后对其基因组组成及结构特点进行了初步分析。结果表明,社鼠线粒体基因组全序列长16 281 bp（GenBank收录号：KJ152220）,包含22个tRNA基因、13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因和1个非编码控制区;基因组核苷酸组成为34.0%A、28.6%T、24.9%C、12.5%G。将所得序列与社鼠近缘物种（川西白腹鼠、小家鼠、褐家鼠）的线粒体全基因组进行比较,结果显示,四个物种的线粒体基因组虽然在基因组大小、部分tRNA二级结构、部分蛋白质编码基因的起始或终止密码子及控制区长度和碱基组成上有差异,但基因组结构和序列特征方面都具有较高的相似性。四个物种线粒体全基因组间的遗传距离显示,社鼠与川西白腹鼠距离最近,而与小家鼠距离最远。该研究为利用线粒体全基因组信息进行啮齿类分子系统学研究提供了有价值的资料。     

葡萄孤儿基因的表达分析和功能推测

孤儿基因为某物种基因组内特有的,在其它物种内没有同源基因存在的特殊基因.对物种孤儿基因的鉴定和分析已成为比较基因组学研究的一个新兴领域.本研究通过生物信息学的分析,着重研究了49个葡萄孤儿基因在各发育阶段和各器官中的特异表达特性、亚细胞定位预测和共表达基因群的生物学过程基因本体论(GO)分析.结果显示,35个基因在NCBI的EST数据库中存在EST表达证据,其中有7个基因具有器官表达特异性,且大部分在生殖器官中特异表达.通过亚细胞定位预测到大部分葡萄孤儿基因为分泌蛋白.GO分析表明葡萄孤儿基因的共表达基因群主要参与寡肽转运和跨膜运输等生物学过程,这与葡萄孤儿基因的亚细胞定位预测结果相一致.本文研究结果将为葡萄孤儿基因的进一步功能分析提供重要研究基础.     

大熊猫9个BAC的测序、注释和进化分析

本文构建了相当于大熊猫10倍基因组覆盖度的BAC文库, 并随机挑选了其中9个BAC进行测序和组装, 9个BAC的选择满足更多基因更少重复序列的原则. 这9个BAC的组装将为评估基于新一代Illumina GA测序技术的大熊猫全基因组测序及组装的准确性提供有效资源. 运用同源比对和从头预测的方法, 对9个BAC, 共约878 kb的序列进行了基因和重复序列的注释以及进化分析. 一共预测到12个蛋白编码基因, 其中, 7个基因匹配到同源基因的功能注释. 这7个基因平均大小约41 kb, 编码区平均大小约1.2 kb, 每个基因平均约含6个外显子. 同时预测到7个tRNA基因. 大约27%的序列被注释为重复序列. 同时, 基于邻接法, 构建了包含人、小鼠、狗、猫以及大熊猫5个物种的物种进化树, 结果显示狗的基因与其他4个物种相比距大熊猫最近. 本实验结果提供了大熊猫9个BAC的详细序列及注释信息, 为对大熊猫的研究提供了数据资源.     

吸虫类线粒体基因组的特征及系统发生分析

本研究分析了吸虫纲下单殖亚纲的13个物种和复殖亚纲的37个物种,共50个物种的线粒体全基因组序列,旨在揭示吸虫类线粒体基因组的主要基本特征,探究吸虫纲物种的系统发生关系。吸虫类的线粒体基因组具有明显的A+T含量偏向性。吸虫类的12个蛋白质编码基因和两个核糖体RNA基因的变异程度很大,其变异比例在48.8%到92.0%之间。根据线粒体基因组的12个蛋白质编码基因和两个核糖体RNA基因的差异位点分析,建议采用ND5、CYTB和ND4基因作为16S、12S和COⅠ基因的辅助分子标记。吸虫类各物种的线粒体基因组出现了大量的基因重排现象,除鸮形目裂体科和多后盘目外,其余物种均遵循类似的基因排列顺序。线粒体基因组的系统发育结果强烈支持将单殖亚纲提升到单殖纲,并支持将目前分类地位未定的腹盘科野牛平腹吸虫归入斜睾目同盘总科。本研究将为吸虫类线粒体基因组的研究、分子进化和分子诊断等方面提供诸多信息,并在今后的实践应用中起到一定的指导作用。     

草地贪夜蛾基因组注释及分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda近年来在我国迅速扩散,造成了重大的经济损失,引起社会关注。草地贪夜蛾基因组序列对深入研究其迁飞、入侵和抗药性等特性具有十分重要的作用。目前,已有5个版本的基因组序列被公开报道,但3个版本无基因组注释信息。除以Sf 9细胞系为DNA来源的基因组版本外,其他版本的scaffold N50过小,拼接质量偏低。为此,本研究选取了scaffold N50最大的草地贪夜蛾Sf 9细胞系基因组进行了蛋白编码基因注释。该版本的基因组重复序列占比28.1%。CEGMA评估显示该本版本基因组可覆盖93.6%的核心基因,BUSCO评估显示可覆盖90.8%的核心基因。利用OMIGA注释流程预测到25 699个蛋白质编码基因,详细的基因序列可从InsectBase网站获得(http://www.insect-genome.com/FAW/),其中具有GO注释的基因为15 623个,具有KEGG注释的基因共有9 213个。选取了12个鳞翅目昆虫进行比较基因组学分析,发现草地贪夜蛾与斜纹夜蛾的亲缘关系最近,两者分化时间大约在1 284万年前。对12个鳞翅目昆虫蛋白质编码基因进行同源分析,在草地贪夜蛾中发现了2 490个单拷贝基因、891个鳞翅目特有基因、2 360个物种特异扩增基因和4 180个物种特异基因。GO富集分析显示,2 360个物种特异扩增基因主要参与DNA整合、代谢相关的生物过程;4 180个物种特异基因主要参与酶活性、光感受、糖代谢等,KEGG通路富集发现草地贪夜蛾特异基因主要参与氨基酸代谢、糖代谢和Wnt信号通路。本研究结果丰富了草地贪夜蛾的基因信息,对进一步了解其生物学特性、开发新型绿色防控方法具有指导意义。     

中国地鼠线粒体基因组的序列分析与分子进化

目的 获得中国地鼠线粒体基因组序列,为线粒体疾病模型提供分子数据.方法 参照近缘物种的线粒体基因组序列,设计27对特异引物,采用TD-PCR及测序技术获得了中国地鼠的线粒体全基因组序列,分析了其基因组特点和各基因的定位.还结合GenBank中已发表的其他5种啮齿类动物的线粒体基因组序列,探讨啮齿类动物不同科间的系统进化关系.结果 中国地鼠线粒体基因组全长为16 283 bp,碱基组成为33.53％A、30.50％T、12.98％G、22.80％C,包括13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个非编码基因控制区.中国地鼠和金黄地鼠亲缘关系最近.结论 中国地鼠线粒体基因组各基因长度、位置与典型的啮齿类动物相似,其编码蛋白质区域和rRNA基因与其他啮齿类动物具有很高的同源性,显示线粒体基因组在进化上十分保守.5种动物的分子系统进化树与传统分类地位一致.     

稻属植物的基因组进化

水稻所在的稻属(Oryza)共有24个左右的物种。由于野生稻含有大量的优良农艺性状基因, 在水稻遗传学研究中日益受到重视。随着国际稻属基因组计划的开展, 越来越多的稻属基因组序列被测定, 稻属成为进行比较、功能和进化基因组学研究的模式系统。近期开展的一系列研究对稻属不同基因组区段以及全基因组序列的比较分析, 揭示了稻属在基因组大小、基因移动、多倍体进化、常染色质到异染色质的转化以及着丝粒区域的进化等方面的分子机制。转座子的活性以及转座子因非均等重组或非法重组而造成的删除, 对稻属基因组的扩增和收缩具有重要作用。DNA双链断裂修复介导的基因移动, 特别是非同源末端连接, 是稻属基因组非共线性基因形成的主要来源。稻属基因组从常染色质到异染色质的转换过程, 伴随着转座子的大量扩增、基因片段的区段性和串联重复以及从基因组其他位置不断捕获异染色质基因。对稻属不同物种间基因拷贝数、特异基因和重要农艺性状基因的进化等研究, 可揭示稻属不同物种间表型和适应性差异的分子基础, 将加速水稻的育种和改良。