冬小麦小RNA高通量测序及生物信息学分析

东农冬麦1号是我国首例可在黑龙江高寒地区种植的强抗寒冬小麦(Triticum aestivum)品种。鉴于分蘖节的耐寒程度直接影响植株的安全越冬, 且MicroRNAs是一类生物体内普遍存在的非编码内源小分子RNA, 在植物的生长发育和适应胁迫等过程中具有重要作用, 该文基于HiSeq深度测序原理, 对5°C和–10°C胁迫下的东农冬麦1号分蘖节进行测序, 并开展生物信息学分析。结果表明, 在5°C文库中有2 229 955条特有小分子RNA序列, 并检测到35条已知miRNA, 属于30个miRNA家族, 其表达丰度介于1–173 810之间; 在–10°C文库中有3 721 449条特有小分子RNA序列, 并发现29条已知miRNA, 属于24个miRNA家族, 其表达丰度为1–105 868。靶基因预测结果表明, 5°C文库的30个miRNA家族中共预测到53个靶基因。功能分析结果显示, 这些基因主要参与转录调节、新陈代谢、胁迫响应和信号转导等过程。已知小麦miRNA的类型和表达丰度在5°C和–10°C两个文库中均有较大差异。     

基于高通量测序的麦红吸浆虫转录组分析

麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Gehin)是一种世界性的小麦害虫。为获得其转录组信息,本研究采用新一代高通量测序技术Illumina HiSeq TM 2000对麦红吸浆虫成虫转录组进行测序。共获得转录组样本数据量为27.88 G,经分析共获得59257个Unigenes,总长度49861164 bp,最短20 bp,最长29282 bp,平均长度841 bp。将Unigenes序列与NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、GO和KOG数据库进行比对(e≤10-10),共获得95029个结果。通过GO功能分类,共有19584个Unigenes在GO数据库中细胞组分、分子功能和生物学过程等3大类50个功能组中找到对应。与KOG数据库进行比对,共有11279个麦红吸浆虫Unigenes被注释,按功能大致可分为26类。通过KEGG pathways分析,共有9110个麦红吸浆虫Unigenes被注释,分别归属于细胞进程、环境信息进程、遗传信息进程、新陈代谢和有机体系统5大类代谢途径,主要包括细胞生长与死亡、细胞运动、信号转导、能量代谢等32类代谢途径。CDS预测发现30088条序列可被编码,占全部基因的50.78%。SSR位点查找发现,在59257个Unigenes中共找到36323个SSR位点,发生率为61.30%。本研究获得的巨大的麦红吸浆虫转录组信息,为麦红吸浆虫的功能基因挖掘提供了重要的信息资源。     

基因组二代测序数据的自动化分析流程

二代测序技术的发展对测序数据的处理分析提出了很高的要求。目前二代测序数据分析软件很多, 但是绝大多数软件仅能完成单一的分析功能(例如：仅进行序列比对或变异读取或功能注释等), 如何能正确高效地选择整合这些软件已成为迫切需求。文章设计了一套基于perl语言和SGE资源管理的自动化处理流程来分析Illumina平台基因组测序数据。该流程以测序原始序列数据作为输入, 调用业界标准的数据处理软件(如：BWA, Samtools, GATK, ANNOVAR等), 最终生成带有相应功能注释、便于研究者进一步分析的变异位点列表。该流程通过自动化并行脚本控制流程的高效运行, 一站式输出分析结果和报告, 简化了数据分析过程中的人工操作, 大大提高了运行效率。用户只需填写配置文件或使用图形界面输入即可完成全部操作。该工作为广大研究者分析二代测序数据提供了便利的途径。     

关于高通量测序背景下生物信息学教学的一些建议

高通量数据背景下,生物信息学已成为解决生物问题一门必备知识和工具,本文从生命科学的现实背景出发,探讨了高通量测序时代关于生物信息学课程的教学内容、教学方式和教学目的方面的一些建议。期望通过现代生物信息学课程的设计和讲授,使学生及时掌握利用生物信息学处理前沿问题的能力,强化生物信息学实践教学中技能的培养,培养在获取、处理、开发和利用等方面有较强的研究能力和实践能力的生物信息技术人才,提高生命科学相关专业学生的社会就业竞争力。     

高通量转录组测序技术及其在鳞翅目昆虫上的应用

转录组是指组织或者细胞在某一特定状态下转录出来的所有RNA的集合。高通量第2代测序技术使转录组学的研究模式发生了巨大的改变,所衍生出的转录组测序迅速成为研究非模式生物的先进技术。转录组测序能够在整体水平上探究细胞内基因表达的种类和数量,揭示在特定条件下机体生理生化发生过程以及其中的分子机理。本文简要阐述了转录组测序技术的基本概念、技术流程与原理,详细介绍了转录组测序在解决鳞翅目昆虫的分类、毒理、发育、与寄主互作以及非编码RNA调控等问题上做出的贡献,并对该技术现存的困难进行了系统的阐述并对其未来的发展趋势作出了简要的预测与剖析。     

新一代高通量RNA测序数据的处理与分析

随着新一代高通量DNA测序技术的快速发展,RNA测序(RNA-seq)已成为基因表达和转录组分析新的重要手段．RNA-seq技术产生的海量数据为生物信息学带来了新的机遇和挑战．有效地对测序数据进行针对性的生物信息学处理和分析,成为RNA-seq技术能否在科学探索中发挥重大作用的关键．以新一代Illumina/Solexa测序平台所产生的数据为例,在扼要介绍高通量RNA-seq测序流程的基础上,对RNA-seq数据处理和分析的方法和现有软件做一个较为全面的综述,并对其中有待进一步研究的问题进行展望．     

二代及三代测序技术在遗传学诊断中的应用进展

遗传病的防治是公共卫生领域的重大课题,而明确病因是遗传病防治的重要环节。高通量测序技术（又称二代测序技术）具有高通量、低成本、高准确度的优点,为遗传诊断及咨询提供了直接证据,已成为遗传学检测不可或缺的有力工具;第三代测序也凭借其长读长的独特优势在临床应用中占据一席之地。二代及三代测序技术各有特点,互为补充,临床中针对不同的检测需求有多种类型的测序方案可供选择。基于此,对二代及三代测序技术的原理、分类及其在遗传学诊断中的应用进展做一综述,以期为临床测序方案的选择提供思路和指导。     

基于Solexa高通量测序的唐古特红景天（Rhodiola algida）微卫星信息分析

利用所获得的Solexa高通量唐古特红景天转录组拼接EST序列进行微卫星位点的挖掘分析;期望为红景天属SSR标记的开发提供生物信息学依据。在得到的6552条EST序列中;三碱基最多;占总EST序列的41.50%;单核苷酸和二核苷酸重复类型的SSR含量相似;分别为27.76%和24.76%;二至六碱基微卫星分布密度与其对应的SSR含量成正比。在单核苷酸重复类型中;T和A重复类型最多;分别为总SSR的14.91%、12.70%;而G和C重复类型则很少;在二核苷酸重复类型中;AG重复类型最多;占总SSR的5.60%;GA和TC重复类型次之;分别为4.75%、4.72%;在三核苷酸重复类型中;GAA重复类型最多;为总SSR的1.85%;GAT次之;为1.79%;TTC、TCT、TCA、GGA、GCT、GAG重复类型间的SSR数相差不大;四、五、六核苷酸重复类型则很少。除五、六核苷酸重复类型外;其长度变化与其对应的重复类型碱基长度成反比;同种重复类型中;微卫星的长度与其对应的SSR数成反比。     

高通量测序技术及其在表观遗传学上的应用

DNA测序技术是现代生命科学研究的重要工具之一,而高通量测序技术在全基因组的研究中发挥着越来越重要的作用。简要回溯DNA测序技术的产生与发展,着重从PCR扩增测序和单分子测序两个方面全面描述了高通量测序中众多代表性的技术及直接测序技术,并从DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等方面阐述了高通量测序技术在表观遗传学上的运用。     

高通量测序技术在罕见病分子诊疗中的 应用及临床实例分析

罕见病病种繁多,且表型复杂多样,不仅仅体现在疾病间的不同,同一种疾病的不同患者在表型上也可能大相径庭。这种普遍存 在的遗传异质性和临床异质性,使罕见病的诊疗极具挑战。近年来,在后人类基因组计划时代,各种测序技术快速发展,使得大规模测 序如疾病目标基因集测序、全外显子组测序、全基因组测序等成为了现实。高通量测序技术可实现对多个靶基因进行高通量平行测序, 有效节约了成本与时间,越来越广泛地应用到临床疾病分子诊疗领域。分析传统测序技术与高通量测序技术的优缺点,介绍罕见病诊疗 中常用的高通量测序策略,并结合临床实例,综述高通量测序技术在罕见病诊疗中的应用。     

环境微生物的宏基因组学研究新进展

宏基因组学以环境中微生物的基因组的总和为研究对象,从而规避了传统方法中绝大部分微生物不能培养的缺陷,因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用.本文重点介绍了宏基因组学技术中关键的两类技术:即以罗氏454及Illumina为代表的高通量测序技术和以基因芯片(GeoChip)为代表的基因芯片技术在微生物研究中的应用.测序技术可以发现新物种和新基因,但由于测序深度有限,定量性差,不易发现低丰度物种,且易受污染物干扰.芯片技术很好地克服了这些局限,但不易于发现新基因.本文介绍了这些技术近年来在气候变化、水处理工程系统、极端环境、人体肠道、石油污染修复、生物冶金等方面取得的部分代表性成果.在此基础上,对宏基因组技术在环境微生物研究方面的未来发展方向提出了预判和展望.我们认为由于两种技术各自的优缺点,今后将两类技术结合起来的综合研究会越来越多.另外,由于大量数据的处理方法已成为制约宏基因组学发展的瓶颈,相应的生物信息学技术开发将是未来科研的热点和难点.     

人体肠道宏基因组生物信息分析方法

最近5年来,微生物组与人体健康之间的微妙关系已成为全球研究热点,特别是基于高通量测序的宏基因组技术推动了这个领域的发展。然而宏基因组生物信息学分析往往是开展研究过程中的难点。本文对宏基因组生物信息常规分析方法进行了介绍。     

微生物组学及其在厌氧消化中的研究进展

我国每年产生大量的有机废弃物,如果处置不当将会对生态、气候以及人类健康造成重大影响。厌氧消化是一种可靠的、绿色的、可持续的有机废弃物处理方式,但由于缺乏准确有效的监测手段,厌氧消化微观过程常常被视为“黑盒”。随着微生物组学的发展,学者们在菌群与运行参数关联性分析、代谢途径分析等方面有了更深入的认识。本文从“三阶段、四菌群”的厌氧消化过程出发,介绍了常用微生物组学的类型,包括:16S rRNA基因组、宏基因组、宏转录组和宏蛋白组;详细阐述了物种组成分析、α多样性分析、OTU相似性分析以及多元统计学分析等6种常用的微生物群落生物信息学分析方法;系统回顾了厌氧消化过程的微生物学研究进展,以期能为分析厌氧消化的微生物群落结构和功能、开发新的厌氧消化工艺和技术提供支持。     

假眼小绿叶蝉微卫星位点的生物信息学分析

【目的】为开发假眼小绿叶蝉Empoasca vitis分子标记,采用高通量测序技术对假眼小绿叶蝉DNA进行了测序与分析。【方法】本研究基于Illumina Hi Seq测序技术,构建了PE文库(~400bp),对获得的测序数据利用生物信息学分析手段完成全基因组扫描,并进一步使用MISA分析鉴定基因组序列中出现的微卫星序列(SSR)。针对微卫星序列共设计10对引物,并使用3步法进行引物多态性筛选。【结果】共计检测Scaffold数量为183 194条,其中包含SSR的Scaffold共计1 545条,共计筛选出1 569个SSR位点。在假眼小绿叶蝉的微卫星中,共包括87种重复基元类型,二核苷酸与三核苷酸重复序列为主要重复类型,分别占SSRs总数的70.26%和27.84%;二核苷酸重复基元CA/TG和三核苷酸重复基元AAT/ATT是优势重复基元,分别占SSRs总数的33.96%和5.86%。在设计的10对引物中,5对具有多态性,在8个假眼小绿叶蝉个体中共发现16个等位基因。【结论】结果说明假眼小绿叶蝉SSR位点在多态性方面具有极大的可开发性,具有多态性的SSR位点可对假眼小绿叶蝉种群间的分化,种群间的扩散机理和途径及影响因素等问题提供分子视角。     

基于网络层次分析法的酵母转化实验策略优化

结合建立的酵母转化实验影响指标体系,利用网络层次分析法(ANP)解决了酵母转化实验策略优化的问题．通过对已有成果进行研究总结,结合前期基础实验以及 对该领域专家学者的咨询意见,建立了酵母转化实验影响指标体系,并基于管理学的ANP理论对实验方法进行了两两比较,分析得出电击穿孔为最优酵母转化方法．实验表明,利用脂质体法得到的转化子为31个/μg质粒DNA,利用电击穿孔法在电压为2.0 kV、1.5 kV时得到的转化子分别为37、29个/μg 质粒DNA,说明电击穿孔实验转化率相对较高,且电压的改变对转化率影响较大,与指标体系分析结果相符．故该指标体系与分析方法可为毕赤酵母转化实验策略优化提供有效的理论依据,其思路、体系、理论和方法可为同类实验所借鉴．     

基于高通量测序的阿尔泰蝠蛾(鳞翅目:蝙蝠蛾科)幼虫转录组分析

本研究采用Illumina HiSeq TM 2500测序平台对阿尔泰蝠蛾Hepialus altaicola Wang幼虫进行转录组测序及生物信息学分析.经序列拼接后共获得100133个Unigenes,总长度86319112 bp,平均长度862 bp,N50长度1628 bp.将Unigenes与NR、COG/KOG、Pfam、Swiss-Prot、GO、KEGG数据库比对,共获得38198条Unigenes,其中Nr数据库注释的Unigenes最多,为32381条,占32.34％.通过GO功能分类,共有13216个Unigenes在GO数据库中细胞组分、分子功能和生物学过程等3大类57个分支中找到注释;KEGG通路分析,共有15058条Unigenes被注释,归属于305条代谢通路.CDS预测发现54002条序列可被编码,占全部基因的53.93％.基因注释进一步获得311个与冷适应相关的代谢调节基因,并用FPKM值对基因表达量进行评估.本研究获得的转录组信息及分析结果,为进一步研究阿尔泰蝠蛾的基因功能及低温生态适应性奠定分子基础.     

胰高血糖素样多肽-1拮抗2型糖尿病胰岛细胞凋亡损伤

胰高血糖素样多肽-1（glucogen like peptide 1, GLP-1）在胰岛素分泌过程中扮演重要角色,并在改善β细胞功能方面有着令人瞩目的效应,但有关其作用机制尚需更深入研究。本研究探讨GLP-1对2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）大鼠模型胰岛细胞损伤的影响,观察GLP-1在T2DM大鼠胰岛细胞凋亡损伤机制中所发挥的作用。HE染色结果发现,糖尿病大鼠胰岛损伤。ELISA结果表明,糖尿病患者和糖尿病大鼠血清中GLP-1表达水平上调。放射免疫结果表明,GLP-1和谷氧还蛋白1（Grx1）促进HIT-T 15细胞分泌胰岛素,Cd抑制胰岛素的分泌。免疫组化结果表明,糖尿病大鼠GLP-1加药处理后,各组与糖尿病组相比,药物提高了Grx1和胰岛素表达水平,降低了胰高血糖素表达水平,同时降低了活性胱天蛋白酶3（caspase-3）的表达。本研究结果提示,GLP-1在肥胖T2DM大鼠胰岛细胞凋亡中起保护作用,同时可调节胰岛素和胰高血糖素水平,其机制可能与Grx1相关     

颜氏大疣蛛毒腺转录组学研究

颜氏大疣蛛Macrothele yani个体大、毒性强、易取毒,是农林生态系统中害虫的重要天敌,也是天然药物研究工作者进行新药挖掘和毒液开发利用的重要选择对象。本研究利用高通量测序平台Illumina Hiseq 2000对颜氏大疣蛛雌雄成体的毒腺进行转录组测序和生物信息学分析,共获得转录组样本数据37.8 G,总计301 024条unigenes,总长度170 512 372 bp,最短201 bp,最长36 105 bp,平均长度566 bp,GC含量平均值为38.17%,N50长度为705 bp。将unigenes序列与NR（非冗余蛋白序列数据库）、String（蛋白质相互作用数据库）、Swiss-prot（蛋白质序列数据库）、Pfam（蛋白质家族数据库）、GO（基因本体论）、KOG（真核生物蛋白质直系同源数据库）、KEGG（京都基因与基因组百科全书）数据库进行比对（e≤10^-10）,分别获得31 409、6 549、11 817、8 216、11 480、7 804条unigenes注释。通过生物信息学对雌雄颜氏大疣蛛unigenes进行表达量分析,筛选高表达量且高可信度的差异表达基因,并进行对这些差异基因进行GO和KEGG功能富集分析;与雄蛛相比,雌成体有205条unigenes表达量上调,113条unigenes表达量下调。最后在所有的转录本数据中共比对到68条毒素相关序列。本研究获得的颜氏大疣蛛转录组信息,为颜氏大疣蛛的功能基因挖掘提供了重要的信息资源。