基因组学技术在病毒鉴定与宿主溯源中的应用

基因组学技术, 特别是宏基因组测序在未知病毒的鉴定与溯源中起到了重要作用。相较于传统的病毒分离培养方法, 宏基因组技术可以从混合样本中获得病毒的核酸序列, 极大加速了未知病毒的鉴定与溯源, 在针对高流行性、高致病性的病毒研究中发挥了重要作用。基于宏基因组技术对未知病毒进行鉴定和溯源, 其准确性很大程度上依赖于取样及已知宿主的病毒库的完整性。然而, 当前病毒多样性的基础研究相对薄弱, 病毒的宿主信息则更加匮乏。野生动物和畜禽是人畜共患病致病病毒的重要中间宿主, 构建广泛的动物-病毒关联数据库对于准确、快速地鉴定和预防致病性病毒具有重要意义。本综述以SARS-CoV-2为例, 总结了基因组学技术在病毒的鉴定与溯源上的应用, 并针对当前动物病毒库完整性低的现状, 对构建野生和家养动物携带病毒的关联数据库的可行性提出依据与建议。     

核糖体谱测序在病毒学研究中的应用

核糖体谱测序结合了RNA深度测序和核酸酶足迹技术,可同时检测细胞内全部基因的转录和翻译。用此方法检测被病毒感染的细胞,不但有可能发现新的病毒蛋白,完善病毒基因组注释,而且还可能发现新的基因翻译现象,为研究翻译机制指明方向。同时,该方法能够检测到被病毒感染后宿主翻译水平的动态变化,为研究病毒和宿主之间的相互作用提供线索。目前,学者已经利用核糖体谱测序法分析了6个DNA病毒和4个RNA病毒感染细胞后翻译相关的特征。本文对核糖体谱测序方法在病毒学中的相关研究进行总结和分析,希望为广大病毒学研究者提供新的方法与思路。     

病毒宏基因组学研究进展

病毒宏基因组学是一种新的病毒组学研究手段,随着高通量测序技术的飞速发展,人们能够从环境中快速发现、鉴定病毒基因组的组成并研究其特征。在过去的十年里,研究者们运用病毒宏基因组学发现了许多新型病毒,增强了人们对不同环境中病毒组成、分布和多样性的了解。因此,病毒宏基因组学已成为清晰描绘各种特殊环境中病毒图谱、了解自然界中病毒分布动态的有效工具。本文主要从病毒宏基因组的概念、样品前处理和病毒总基因组提取方法、测序技术以及病毒宏基因组的应用和发展前景方面进行概述。     

环境病毒的宿主鉴定技术进展

病毒是地球上丰度最高的微小生命粒子,通过调控宿主的群落结构、介导宿主死亡和参与水平基因转移等方式影响着生物地球化学循环和地球生命演化。近年来,宏基因组学的发展实现了在全球尺度上对环境病毒的大规模探索和研究,大量新的病毒基因组被发掘,病毒在全球生态过程和生物地球化学循环中的角色和贡献也得到进一步认知。病毒在环境中的重要作用是通过感染宿主实现的。然而,环境病毒的宿主鉴定工作远落后于环境病毒基因组测序研究。本文综述了目前病毒宿主鉴定的主要技术及其优缺点和应用场景,总结了病毒的宿主鉴定在病毒生态学研究和生物工程领域的重要价值,并初步展望了未来病毒宿主鉴定技术的发展方向。     

肠道微生物功能宏基因组学与代谢组学关联分析方法研究进展

近年来基于高通量基因测序的微生物组学研究极大加深了人们对微生物与健康和疾病关系的认识。然而基因测序方法不能直接测定微生物的功能活性,难以鉴定微生物中的关键功能分子,单独使用无法回答肠道微生物何种成员通过何种方式影响宿主等关键科学问题。单一组学研究弊端尽显,多组学联用势在必行。肠道微生物代谢组学以微生物群落所有小分子代谢物为研究对象,可发现肠道微生物随宿主病理生理变化的关键代谢物,为微生物组-宿主互作机制研究提供线索,成为微生物组学研究的重要补充。肠道微生物功能基因组学与代谢组学关联分析在宿主生理、疾病病理、药物药理等方面取得众多进展,展现良好应用前景。然而目前肠道微生物功能基因组学与代谢组学关联分析存在方法滥用、相关性结论与生物学知识相悖等突出问题。为帮助正确应用肠道微生物功能宏基因组学与代谢组学关联分析,本文综述了各种多组学数据整合分析方法的原理、优缺点与适用范围,并给出了应用建议。     

革兰氏阳性菌非编码小RNA的研究进展

sRNA（非编码小RNA）通过碱基配对的方式与靶mRNA结合,抑制或激活转录过程、调节蛋白质的表达,以核酸的形式发挥其生物学功能。随着RNA深度测序（RNAseq）技术、生物信息学预测以及实验分析手段的日渐发展和完善,数以百计的sRNA被发现并得到验证。作为转录后调控因子,sRNA因在诸多生理过程中起到了关键的调节作用而得到了广泛的关注。以革兰氏阳性菌为切入点,总结了近年来sRNA的筛选、鉴定和功能研究等方面取得的进展,梳理分析了sRNA调控与毒力因子、群体感应、铁代谢和双组分系统等之间的内在联系,并展望了sRNA未来的研究方向。     

基于转录组测序探索创伤弧菌MO6-24/O小RNA

目的:基于转录组测序注释,探索创伤弧菌MO6-24/O小RNA(sRNA)。方法:在海洋培养基2216E中培养创伤弧菌MO6-24/O,收集从对数生长期到静止期不同时间点的细菌,提取细菌RNA,通过富集sRNA以及去除核糖体RNA进行建库和测序,然后将读段匹配到创伤弧菌MO6-24/O基因组并进行注释,最后进行验证。结果:发现59个顺式编码sRNA、102个反式编码sRNA,并进行了部分验证。结论:鉴定出创伤弧菌MO6-24/OsRNA。     

外显子组测序技术在人类疾病研究中的应用

外显子组测序是针对基因组中的蛋白质编码区,靶向富集外显子区域测序,以发现疾病相关遗传变异的技术。该技术近年越来越多地应用于发现人类基因组低频变异、鉴定单基因遗传病致病基因和肿瘤等复杂疾病易感基因研究,成为人类疾病相关变异研究的重要工具。综述了外显子组测序技术的基本原理及其在人类疾病相关基因研究中的应用。     

临床宏基因组学应用现状及存在问题分析

众所周知,宏基因组学是一种通过提取样品中微生物的总DNA,构建宏基因组文库,研究环境中全部微生物的遗传组成及其菌落功能的方法。而宏基因组新一代测序(metagenome next-generation sequencing, mNGS)是在宏基因组学基础上进一步发展起来的新一代测序技术,无需对患者标本进行培养,直接分析标本中的微生物DNA或RNA。本文介绍了宏基因组学在临床上的应用,包括传染病的诊断、疾病和健康状态下的微生物组分析、人类宿主反应分析和肿瘤相关病毒及其基因组鉴定,并简要探讨了临床宏基因组学研究中所遇到的挑战及解决方法。     

高通量测序技术在转座子研究中的应用

高通量测序技术极大地提高了测序效率,大幅度降低了测序成本,同时该技术具有特异性好、灵敏度高、精确性高等优势,目前已被广泛应用于遗传变异、转录组学和表观组学等研究。近年来,高通量测序技术也逐渐应用于转座子的研究,并取得了丰硕的成果。本文主要综述了高通量测序技术在转座子研究中的应用,包括转座子含量估算、靶点偏好性及分布、多态性及群体频率、稀有转座子的鉴定、转座子的水平转移以及转座子标签技术中的应用等,并简要介绍了目前研究中采用的主要测序策略和算法,及其存在的利弊和相应的解决方案。最后对高通量测序技术,尤其是第三代测序技术的发展趋势和它们在转座子未来的研究中的应用进行了展望,以期为相关的科研人员提供一个全面的了解和参考。     

单细胞RNA测序技术在病毒研究中的应用

单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)技术已经成为不同领域中研究细胞异质性的有效工具。在病毒研究领域中,利用该技术分析病毒和细胞的转录组,可以在单细胞水平上检测病毒感染的动态变化,了解病毒与细胞间复杂的相互作用。本文简述了scRNA-seq技术,着重介绍病毒感染宿主细胞后scRNA-seq研究的最新进展,同时也描述了细胞周期、基因表达、细胞状态等细胞异质性对病毒感染过程的影响,以及病毒变异对其本身感染过程的影响。此外,本文还分析了scRNA-seq在研究病毒–宿主互作动态变化方面具有的独特优势,及其在病毒研究领域中广阔的应用前景,为揭示病毒的感染与致病机制、抗病毒靶标的开发等提供参考。     

细菌sRNA数据库

细菌sRNA是一类长度在50～500 nt的调控小RNA（small regulatory RNA）,主要通过与靶标mRNA或靶标蛋白质结合发挥多种生物学功能。目前,随着生物信息学与高通量测序的应用,发现了越来越多的细菌sRNA,开发了多个相关数据库。为了sRNA工作者系统了解与应用这些数据,本文拟对包含细菌sRNA的综合数据库和细菌sRNA专业数据库作一概述,并对sRNA数据库的未来发展进行展望。     

宿主遗传背景与肠道微生物互作研究进展

“微生物”这一名词指非常小的生物，如古菌、细菌、原生生物、真菌和病毒，肠道“微生物组”表示的是肠道微生物集合体。它们实际上共享宿主的身体空间，但作为宿主健康和疾病的决定因素却几乎被忽视。作为信息的集合，微生物组包括微生物的基因组数据、结构元件、代谢物和环境条件。最近对肠道微生物组的研究表明，微生物群落在维持宿主稳态和调节宿主表型上发挥着重要作用。随着包括二代测序(next-generation sequencing, NGS)在内的新技术的出现以及微生物群落序列谱等深入测定技术出现，人们对肠道微生物组与宿主遗传背景之间的关系有了许多见解。本文通过肠道微生物组学的概述，基于全基因组关联分析技术建立肠道微生物组学与宿主遗传之间联系，并对宿主遗传学与肠道微生物组的关系及未来发展前景进行探讨。     

非编码小RNA对细菌毒力及耐药性的调控作用研究进展

近年来的研究发现,细菌非编码小RNA (small non-coding RNA, sRNA)对其不同生理进程起到了重要的调控作用。随着大量sRNA被发现并鉴定,细菌sRNA的功能被逐步阐明,其可在转录后水平广泛调控细菌的生理代谢、毒力及耐药性等。本文综述了sRNA对细菌毒力和耐药性调控作用的研究进展,对揭示细菌转录后水平毒力及耐药性调控机制具有一定意义。     

病毒蛋白质组学及其应用

病毒蛋白质组学是蛋白质组学研究技术在病毒学领域的应用,其研究方法主要是基于质谱鉴定的电泳分离或色谱分离技术。病毒蛋白质组学的研究可以补充基因组注释、纯化单一的病毒成分、研究病毒与其宿主细胞蛋白的相互作用、识别病毒作用的靶位点、鉴定病毒感染的致病因子及病毒的进化关系、识别病毒的免疫源性蛋白。病毒蛋白质组的研究有助于对病毒致病性的了解,加速新的诊断方法及治疗药物的研制,增强对病毒的生物防御。由于一些技术及主观因素的影响,病毒蛋白质组的研究是很有限的,这是一个亟待重视并增强的领域。     

细菌sRNA数据库北大核心CSCD

细菌sRNA是一类长度在50~500 nt的调控小RNA(small regulatory RNA),主要通过与靶标mRNA或靶标蛋白质结合发挥多种生物学功能。目前,随着生物信息学与高通量测序的应用,发现了越来越多的细菌sRNA,开发了多个相关数据库。为了sRNA工作者系统了解与应用这些数据,本文拟对包含细菌sRNA的综合数据库和细菌sRNA专业数据库作一概述,并对sRNA数据库的未来发展进行展望。     

微生物组学及其应用研究进展

随着高通量测序技术和生物信息学的发展,尤其是宏基因组在人类肠道微生物鉴定方面的应用,微生物组学应运而生。概述了微生物组的多样性及其在人体健康、农作物生长、畜牧业发展、环境治理、工业生物技术产品生产等方面的应用,并对微生物组学的研究方向和应用前景作了展望。     

萱草microRNAs生物信息学及与冷冻相关microRNAs的分析

microRNA是一类长度为16-29nt的非蛋白质编码的内源小分子RNA（sRNA）,在植物生长发育以及逆境胁迫响应等过程中发挥着重要作用。本文利用基于HiSeq原理的sRNA深度测序技术,结合生物信息学方法对萱草根系中已知miRNA的类型、丰度以及部分与冷冻胁迫相关的已知miRNA的功能进行了分析。结果表明,在10℃常温和2-5℃低温条件下萱草根系中分别有14843184和16072575条序列信息,代表14064385和15309725种sRNA片段,且sRNA均呈现正态分布特征;在非编码RNA中转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）所占比例较大。低温sRNA组中得到注释的sRNA有67411种,共计799994条sRNAff／段;常温NsRNA组中,得到注释的sRNA有66524种,共计1055466条sRNA片段。冷冻胁迫下,萱草通过提高miR393、miR397、miR396的表达量和降4NmiR319的表达量来增强其抗冻性。本研究为后续揭示萱草低温应答蛋白合成的调控机理,筛选抗冻关键调控基因提供了丰富的数据。     

基于宏病毒组学技术挖掘猪腹泻粪便的病毒群落组成

为系统鉴定现阶段上海地区仔猪腹泻样品中的病毒群落组成,本研究利用宏病毒组学技术对临床采集的猪腹泻粪便进行了宏病毒高通量测序。结果显示,测序获得了1,676,726个RNAcontig和95,111个DNAcontig,RNA病毒和DNA病毒序列分别占比38.58%和3.10%。其中星状病毒科、杯状病毒科和小RNA病毒科是病毒总群落中占比最高的前3个科。虽然DNA病毒在病毒总群落中的占比较低,但其单组分环状DNA (CRESS-DNA)病毒种类丰富多样,包含有18种CRESS-DNA病毒。经基因组序列深度拼接,共获得了46条病毒全基因组序列,包括2株猪星状病毒和3株类似星状病毒、2株札幌病毒、16株小双节RNA病毒和23株CRESS-DNA病毒。其中1株札幌病毒归属于GII/3亚型,与人札幌病毒亲缘性较近。16株小双节RNA病毒中有4株归属于GGI亚型,其余12株归属于GGII亚型。23株CRESS-DNA病毒中有1株归属于类双生病毒科、12株CRESS-DNA病毒归属于小环状DNA病毒科,另外10株CRESS-DNA病毒未分类。本研究揭示现阶段猪腹泻粪便中以RNA病毒为主导,且存在宿主...