比较基因组学在哺乳动物进化研究中的应用

哺乳动物经过长期进化,使其基因组在结构和功能上存在着明显的差异,构成了表型进化的基础。随着人类、部分哺乳动物基因组测序的完成,以比较基因组学为主要研究手段的哺乳动物进化研究应运而生,从而为在基因组水平上深入认识哺乳动物进化关系、揭示生命的起源和进化提供依据。对比较基因组学的主要研究方法进行了综述,进而探讨其在哺乳动物进化研究中的应用,并对哺乳动物比较基因组学的发展进行了展望。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学研究进展

嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan,A.ferrooxidans)广泛存在于酸性矿物废水中,与生物冶金和环境净化紧密相关。不同来源嗜酸氧化亚铁硫杆菌全基因组的测序,为我们利用比较基因组学和功能基因组学的方法去洞察嗜酸氧化亚铁硫杆菌功能基因,提供了坚实的研究基础和丰富的科研信息。简述了嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学的基本特征;从比较基因组学和功能基因组学发现了嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株基因组水平的差异;通过生物信息学概述了该菌的铁和硫代谢机制,并从细菌的功能基因组学对其在生物冶金与环境治理等应用进行了展望。     

鼠疫耶尔森氏菌的进化研究:从系统发育学到系统发育基因组学

20世纪90年代末起,基因组学在细菌研究中应用越来越广泛,尤其在进化领域,取得了一系列革命性的发现.本文以鼠疫耶尔森氏菌进化研究为例,介绍了从利用基因组中少数特定片段(等位基因)多态性进行分析的传统系统发育学,到基于大量菌株全基因组序列进行系统发育基因组学的研究发展历程,回顾讨论了基因组学技术的进步为鼠疫菌进化研究领域带来的成果.     

进化基因组学

进化基因组学是一门刚刚起步的新兴学科,在诞生以来的10余年里取得了巨大的进展。通过基因组数据的比较诠释基因功能、研究生物进化,和通过分析新基因起源研究基因组本身的进化是进化基因组学研究的两大主要内容。它的诞生在生物学各分支学科都产生了巨大的影响,今后必将在人类理解生命起源和发展的过程中发挥越来越重要的作用。     

比较基因组学及其应用

比较基因组学是利用某些基因组图谱和测序获得的信息推测其他生物基因组的基因数目、位置、功能、表达机制和物种进化的学科。比较基因组学的发展与序列数据的积累密切相关,目前该学科已经成为研究生物基因组的最主要手段之一。利用FASTA、BLAST和CLUSTAL W等序列比对工具,种间的比较基因组学能够让人们了解物种间在基因组结构上的差异,发现基因的功能、物种的进化关系,以及进行功能基因的克隆。种内的比较基因组学研究主要涉及个体或群体基因组内诸如SNP、CNP等变异和多态现象。比较基因组学的研究结果不但有助于深入了解生命体的遗传机制,也有助于阐明人类复杂疾病的致病机制,揭示生命的本质规律。     

林木基因组学研究进展

林木基因组学研究进展迅速。结构基因组学方面,已构建了近40个主要造林树种的遗传连锁图谱,在不同树种中定位了30余个重要的数量性状位点,在部分树种中开展了基因组比较和综合图谱构建研究,杨树的全基因组测序已经完成,桉树的全基因组测序正在进行。功能基因组学方面,已分析了主要造林树种多种组织的转录组EST序列,对林木次生生长与木材形成、开花和抗寒性的形成等过程开展了功能基因组学研究。另外,探讨了林木基因组学研究的发展趋势,以期为我国林木基因组学研究提供有益的参考。     

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。     

基于直向同源序列的比较基因组学研究

直向同源序列在不同的物种中具有相近甚至相同的功能、相似的调控途径, 扮演相似甚至相同的角色, 而且, 绝大多数核心生物功能就是由相当数量的直向同源基因所承担, 它是基因组序列的功能注释与分析中最可靠的选择, 其特殊的生物学特性决定: 利用直向同源序列开展比较基因组学研究, 必将为探测不同生物在进化过程中重要功能基因的出现、表达和丢失提供线索。文章从直向同源基因的基本特性、直向同源序列与比较基因组学的关系、应用直向同源序列开展比较基因组学相关研究方法、现状等展开综述。关键词: 直向同源; 比较基因组学; 生物学特性; 数据库     

小麦的比较基因组学和功能基因组学

小麦是异源多倍体植物,具有大的染色体组,并且基因组中重复序列所占比例较高,这些特征限制了小麦基因组研究的进展。比较基因组学方法为运用模式植物进行小麦基因组学研究提供了一个操作平台。功能基因组学的研究集中于基因组中转录表达的部分,基因功能的确定是功能基因组学研究的主要内容。对比较基因组学在小麦基因组研究中的应用和小麦功能基因组学的研究内容和方法进行了综述。     

林木比较基因组学研究进展

比较基因组学是基因组研究的重要内容。林木比较基因组学研究发现林木基因组中存在广泛的共线性或同线性及微共线性,在进化过程中呈现高度保守性。本文概述了林木比较基因组学研究的进展状况,探讨了该领域的发展趋势,以期为我国林木基因组学研究提供有益的参考。     

Ten years of bacterial genome sequencing: comparative-genomics-based discoveries

It has been more than 10 years since the first bacterial genome sequence was published. Hundreds of bacterial genome sequences are now available for comparative genomics, and searching a given protein against more than a thousand genomes will soon be possible. The subject of this review will address a relatively straightforward question: “What have we learned from this vast amount of new genomic data?” Perhaps one of the most important lessons has been that genetic diversity, at the level of large-scale variation amongst even genomes of the same species, is far greater than was thought. The classical textbook view of evolution relying on the relatively slow accumulation of mutational events at the level of individual bases scattered throughout the genome has changed. One of the most obvious conclusions from examining the sequences from several hundred bacterial genomes is the enormous amount of diversity—even in different genomes from the same bacterial species. This diversity is generated by a variety of mechanisms, including mobile genetic elements and bacteriophages. An examination of the 20 Escherichia coli genomes sequenced so far dramatically illustrates this, with the genome size ranging from 4.6 to 5.5 Mbp; much of the variation appears to be of phage origin. This review also addresses mobile genetic elements, including pathogenicity islands and the structure of transposable elements. There are at least 20 different methods available to compare bacterial genomes. Metagenomics offers the chance to study genomic sequences found in ecosystems, including genomes of species that are difficult to culture. It has become clear that a genome sequence represents more than just a collection of gene sequences for an organism and that information concerning the environment and growth conditions for the organism are important for interpretation of the genomic data. The newly proposed Minimal Information about a Genome Sequence standard has been developed to obtain this information.     

Evolutionary genomics of pathogenic bacteria

Complete genome sequences are now available for multiple strains of several bacterial pathogens and comparative analysis of these sequences is providing important insights into the evolution of bacterial virulence. Recently, DNA microarray analysis of many strains of several pathogenic species has contributed to our understanding of bacterial diversity, evolution and pathogenesis. Comparative genomics has shown that pathogens such as Escherichia coli, Helicobacter pylori and Staphylococcus aureus contain extensive variation in gene content whereas Mycobacterium tuberculosis nucleotide divergence is very limited. Overall, these approaches are proving to be a powerful means of exploring bacterial diversity, and are providing an important framework for the analysis of the evolution of pathogenesis and the development of novel antimicrobial agents.     

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。     

玉米比较基因组学研究进展

玉米是世界上重要的粮食作物 ,长期以来一直是遗传学、分子生物学和基因组学研究的重点对象。近十多年来 ,涉及到玉米的基因组学研究取得了很大进展。不仅在利用比较遗传作图方法方面发现玉米和其它植物 (尤其是禾谷类作物 )的基因组存在广泛的共线性 ,在较小的DNA区域上也发现存在微共线性。尽管还存在一些共线性的例外情形 ,进一步的比较基因组学研究将深入阐明玉米基因组的结构和进化 ,并把这些研究成果应用于基因发掘中。     

Environmental genomics, the big picture?

The enormous sequencing capabilities of our times might be reaching the point of overflowing the possibilities to analyse data and allow for a feedback on where to focus the available resources. We have now a foreseeable future in which most bacterial species will have an annotated genome. However, we know also that most prokaryotic diversity would not be included there. On the one hand, there is the problem of many groups not being easily amenable to culture and hence not represented in culture-centred microbial taxonomy. On the other hand, the gene pools present in one species can be orders of magnitude larger than the genome of one strain (selected for genome sequencing). Contrasting with eukaryotic genomes, the repertoire of genes present in one prokaryotic cell genome does not correlate stringently with its taxonomic identity. Hence gene catalogues from one environment might provide more meaningful information than the classical species catalogues. Metagenomics or microbial environmental genomics provide a different tool that gravitates around the habitat rather than the species. Such a tool could be just the right way to complement "organismal genomics". Its potential to advance our understanding of microbial ecology and prokaryotic diversity and evolution is discussed.     

灵长类比较基因组学的研究进展

随着人类和黑猩猩全基因组测序工作宣布完成,以及其他灵长类基因组测序工作的逐步开展,目前已经积累了大量的灵长类基因组数据,一个崭新的研究领域——灵长类比较基因组学应运而生。该文主要通过对人类和其他非人灵长类系统关系和基因组结构的比较,从系统进化、基因组结构和基因表达调控等方面评述该领域的研究进展,阐述人类、黑猩猩与其他非人灵长类之间的主要生物学差异,揭示人类进化的生物学机制。