昆虫基因组大小及其进化

基因组是物种遗传信息的集合,其大小是研究基因组进化、结构及功能的重要参数之一。本文介绍了测定基因组大小的方法,简述了基因组大小的进化假说及分子机制,综述了近年来昆虫基因组大小的研究进展,尤其是昆虫基因组大小变化的相关影响因子。总体而言,昆虫基因组大小变化是一个复杂的过程,与转座子的活性有密切的关系,是基因组序列丢失和获得两种过程平衡的结果。基因组大小的变化仍在不断地进化中,其对生物造成的影响是剧烈的,因此对昆虫的表型特征产生了重要的影响,但影响的程度和关系在不同的类群有明显的差异,表现出一定的随机性,目前尚未总结出明显的规律。昆虫是生物多样性最为丰富的动物类群,是研究基因组大小进化的最佳材料,随着越来越多的昆虫基因组被测序公开,对昆虫基因组数据进行深入分析,有利于破解基因组大小进化的"C值之谜",可为生物基因组大小的研究提供重要参考。     

毛竹基因组大小测定

毛竹（Phyllostachys edulis）属禾本科（Poaceae）竹亚科（Bambusoideae）刚竹属（Phyllostachys）,是我国分布和栽培面积最大的经济竹种,有着广泛的开发前景。本实验以水稻（Oryza sativa）为内标,用流式细胞仪对水稻和竹子样品的PI发射荧光强度进行测定,通过比较水稻与毛竹样品峰值的倍数关系,计算出毛竹的基因组大小。对24组样品进行重复测试,测得毛竹基因组大小为2075.025±13.08Mb,即2C DNA含量为4.24pg（以1pg DNA=0.978×10^9bp计算）。毛竹基因组大小测定为毛竹基因组文库的建立及其基因组学研究奠定了重要基础。     

毛竹基因组大小测定

毛竹(Phyllostachys edulis)属禾本科(Poaceae)竹亚科(Bambusoideae)刚竹属(Phyllostachys), 是我国分布和栽培面积最大的经济竹种, 有着广泛的开发前景。本实验以水稻(Oryza sativa)为内标, 用流式细胞仪对水稻和竹子样品的PI发射荧光强度进行测定, 通过比较水稻与毛竹样品峰值的倍数关系, 计算出毛竹的基因组大小。对24组样品进行重复测试, 测得毛竹基因组大小为2 075.025±13.08 Mb, 即2 C DNA含量为4.24 pg(以1 pg DNA = 0.978×109 bp计算)。毛竹基因组大小测定为毛竹基因组文库的建立及其基因组学研究奠定了重要基础。     

五节芒基因组大小测定

五节芒(Miscanthus floridulus)属于禾本科(Poaceae)芒属(Miscanthus Andersson),被认为是一种开发潜力巨大的生物质能源植物。本研究以水稻日本晴(Oryza sativa L.var.Nipponbare)为内标,采用流式细胞仪测定6份采自中国不同地区的五节芒基因组大小。结果首次确定了五节芒的基因组大小平均为2596.59 Mb,即2 C DNA含量为5.31 pg(以1 pg=978 Mb计算)。     

长江江豚基因组大小测定

本研究采用流式细胞术,以公鸡(Gallusdomesticus)红血细胞DNA含量为标准,测定了23头长江江豚(Neophocaenaphocaenoidesasiaeorientali)的基因组大小(或称C值)。实验过程中采用了保存在3中不同条件下的长江江豚的全血样品,用3种不同的方法提取白细胞。为了获得本实验所用的公鸡红血细胞DNA含量的准确值,首先以人(Homosapiens)的C值为标准,对其进行了校正。然后其C值(2C=2.35pg)用于长江江豚的基因组大小测定。结果发现:长江江豚的单倍体DNA含量为3.27pg/C,由此得出其基因组大小为3.17×109bp;雌性和雄性的C值分别为3.25pg和3.29pg,野外长江江豚和豢养长江江豚的C值分别为3.30pg和3.05pg。对雌雄个体之间以及不同生长条件下长江江豚的C值应用独立样本t检验分析,发现:1)不同性别的长江江豚基因组大小之间没有明显的差异;2)豢养条件下的长江江豚和野生长江江豚之间的基因组大小有明显差异,豢养条件下的长江江豚的基因组明显小于野生条件下的长江江豚。据此推测必要环境因子的变化可能会对长江江豚的基因组DNA含量造成影响。     

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。     

34种秋海棠基因组大小比较与分析

以34种野生秋海棠(包括4个变种)为试材,水稻(Oryza sativa L.subsp.japonica Kato)为外标,采用流式细胞法测定其基因组大小,比较不同种、组之间基因组大小的差异,并分析与染色体数的相关性。结果表明:34种秋海棠基因组大小在0.292~2.554 pg之间,最大值约为最小值的9倍,平均基因组大小为0.863 pg,最小的为盾叶秋海棠(Begonia peltatifolia H.L.Li),最大的为水鸭脚秋海棠(B.formosana(Hayata)Masam.)。中国原产的30种秋海棠平均基因组大小(1C=0.925 pg)较南美洲原产的4种的(1C=0.398 pg)大,中国台湾原产的3种秋海棠基因组均比大陆原产的27种的大。中国原产秋海棠不同组间基因组的大小存在差异,同一组内基因组大小亦不相同,本研究所测材料以四室组的基因组最大,为1.285 pg,组内变化近3.2倍;秋海棠组和二室组次之,分别为0.895 pg和0.888 pg,组内变化近6.4、6.8倍;侧膜胎座组基因组最小,为0.721 pg,组内变化约1.2倍。相关性分析表明秋海棠基因组大小与染色体数无显著相关性。本结果可为秋海棠遗传多样性分析及基因组学研究提供一定的基础数据。     

膜翅目昆虫干标本的基因组DNA提取

提出了膜翅目昆虫干标本基因组DNA的提取方法,通过对实验结果和所测得的基因片段（28S D2 rDNA)的分析,表明该方法可行。     

植物基因组大小进化的研究进展

不同的真核生物之间基因组大小差异很大, 并与生物体复杂性不相关, 在基因组中存在大量的非编码DNA序列是造成这种差异的主要原因, 特别是转座子序列。文章综述了植物基因组大小差异以及引起这种差异的主要进化动力的最新研究进展。植物基因组多倍化和转座子积累是导致基因组增大的主要动力, 而同源不平等重组和非正规重组则是驱动基因组DNA丢失的潜在动力, 以制约基因组无限制地增大。文中还讨论了植物基因组大小进化方向, 即总体趋势是朝着增大的方向进化, 某些删除机制主要是削弱这种增大作用但不能逆转。     

动物线粒体基因组变异研究进展

动物mtDNA大多是共价闭合的环状双链分子,一般由2个非编码区和37个编码基因组成,不同动物线粒体基因组大小变异明显.孑遗疟虫(Plasmodium reichenowi)的线粒体基因组最小,仅为5966bp;领鞭毛虫(Monosiga brevicollis)的最大,达76568bp.动物线粒体基因组大小变异的原因主要有:控制区串联重复元件的变异;基因重复;基因重叠与基因间隔区大小的差异;基因缺失和增加.     

Systematic Sequencing of the 180 Kilobase Region of the Bacillus Subtilis Chromosome Containing the Replication Origin

We have determined a 180 kb contiguous sequence in the replicationorigin region of the Bacillus subtilis chromosome. Open readingframes (ORF) in this region were unambiguously identified fromthe determined sequence, using criteria characteristic for theB. subtilis gene structure, i.e., starting with an ATG, GTGor TTG codon preceded by sequences complementary to the 3' endof the 16S rRNA. Four rRNA gene sets, 7 individual tRNA genesand 1 scRNA gene were identified, occupying 20 kb in total.In the remaining 160 kb region, 158 ORFs were identified, suggestingthat 1 ORF is coded on average by 1 kb of DNA of the B. subtilisgenome. Among the 158 ORFs, the functions of 48 ORFs were assignedand those of 11 ORFs are suggested through significant similaritiesto known proteins present in data banks. However, the functionsof more than half of the ORFs (63%) remain to be determined.     

锈菌类真菌基因组结构分析研究进展

锈菌种群庞大,可以引起许多重要经济作物和林木病害,严重威胁全球粮食和林业生产安全。全基因组分析为锈菌基因功能研究、毒性变异研究及锈菌演化规律研究提供了重要基础,为制定锈病有效防控策略和创制抗锈新材料提供理论依据。本文综述了目前锈菌全基因组分析领域的进展,对锈菌的基因组结构、基因组成、基因组变异等特征进行了归纳分析,对基因组变异与其专性寄生特性的关系、基因组变异对其毒性变异的可能影响等进行了阐述。基因组学将为最终揭示锈菌生活史复杂性和毒性高度变异性的根本成因提供有力工具。     

What's in a genome? The C-value enigma and the evolution of eukaryotic genome content

Some notable exceptions aside, eukaryotic genomes are distinguished from those of Bacteria and Archaea in a number of ways, including chromosome structure and number, repetitive DNA content, and the presence of introns in protein-coding regions. One of the most notable differences between eukaryotic and prokaryotic genomes is in size. Unlike their prokaryotic counterparts, eukaryotes exhibit enormous (more than 60 000-fold) variability in genome size which is not explained by differences in gene number. Genome size is known to correlate with cell size and division rate, and by extension with numerous organism-level traits such as metabolism, developmental rate or body size. Less well described are the relationships between genome size and other properties of the genome, such as gene content, transposable element content, base pair composition and related features. The rapid expansion of ‘complete’ genome sequencing projects has, for the first time, made it possible to examine these relationships across a wide range of eukaryotes in order to shed new light on the causes and correlates of genome size diversity. This study presents the results of phylogenetically informed comparisons of genome data for more than 500 species of eukaryotes. Several relationships are described between genome size and other genomic parameters, and some recommendations are presented for how these insights can be extended even more broadly in the future.     

贝氏柯克斯体九里株Ⅱ相突变体的克隆与鉴定

目的:克隆分离国内贝氏柯克斯体九里株Ⅱ相突变体,并利用基因组测序方法进行鉴定,为贝氏柯克斯体研究提供参考依据。方法:用半固体平板法克隆分离贝氏柯克斯体,对随机选择的克隆株CB01进行全基因组测序分析,将测序结果与国外贝氏柯克斯体不同克隆株的基因组进行比较分析。结果:CB01的基因组全长2.024 Mb,包含1个1.987 Mb的环状染色体和1个37.321 kb的质粒。与九里株Ⅰ相菌(RSA 493克隆)基因组相比,CB01多出5个重复序列,有1个25 997 bp的删除区,23个单核苷酸多态性位点(SNP)差异。与九里株Ⅱ相菌(RSA 439克隆)基因组相比,CB01同样多出5个重复序列,但仅有6个SNP差异。CB01与RSA 439的CBU_0533基因序列完全相同,可解释CB01缺失O抗原从而成为Ⅱ相菌。结论:贝氏柯克斯体九里株Ⅱ相菌克隆CB01与国外Ⅱ相菌RSA 439高度同源,CB01可用做国内贝氏柯克斯体研究用参考菌株。     

Challenges in studying genomic structural variant formation mechanisms: the short-read dilemma and beyond

Next-generation sequencing (NGS) technologies have revolutionised the analysis of genomic structural variants (SVs), providing significant insights into SV de novo formation based on analyses of rearrangement breakpoint junctions. The short DNA reads generated by NGS, however, have also created novel obstacles by biasing the ascertainment of SVs, an aspect that we refer to as the 'short-read dilemma'. For example, recent studies have found that SVs are often complex, with SV formation generating large numbers of breakpoints in a single event (multi-breakpoint SVs) or structurally polymorphic loci having multiple allelic states (multi-allelic SVs). This complexity may be obscured in short reads, unless the data is analysed and interpreted within its wider genomic context. We discuss how novel approaches will help to overcome the short-read dilemma, and how integration of other sources of information, including the structure of chromatin, may help in the future to deepen the understanding of SV formation processes.