果树高通量测序的最新研究进展

本文综述了果树高通量测序的最新研究成果。重点介绍了全基因组测序、重测序研究所揭示的果树基因组、基因家族进化、可可荚色基因挖掘和柑橘、桃驯化起源等重要科学问题,以及转录组测序研究所揭示的果树园艺性状、组织分化、果实不同发育阶段、响应人工栽培、采后措施和逆境等的分子机理。同时也讨论了果树高通量测序究领域存在的挑战和机遇。     

谱系特有基因研究进展

谱系特有基因(Lineage-specific genes,LSGs)是指在一个谱系中特有并与其他物种谱系所有基因没有明显序列相似性的基因,约为物种基因组全部基因数量的10%~20%,于1996年首次在完成全基因组测序的酵母基因组中大量发现。大规模测序技术的发展使谱系特有基因研究成为比较基因组学的研究热点,已在微生物、海洋低等生物、植物(如拟南芥、水稻、杨树)、昆虫及高等灵长类动物等多个物种或类群中展开,其生物功能对于阐明物种进化历程和生物适应性具有重要意义。文章介绍了谱系特有基因的研究背景和现状,从谱系特有基因获取、基因结构分析、进化起源、生物功能、表达特性分析等方面阐述谱系特有基因的研究进展,分析了存在的问题和后续研究方向,以期为相关研究提供参考。     

泛基因组研究在遗传多样性和功能基因组学中的应用

相对于单个参考基因组仅聚焦于个体遗传信息的挖掘,泛基因组研究则能够反映整个物种或类群全部的遗传信息。随着基因组测序和分析技术的不断发展,泛基因组学逐渐成为新的研究热点,并已在植物、动物和微生物多个物种中获得了广泛应用,为全面解析物种或类群水平的遗传变异和多样性、功能基因组和系统进化重建等研究提供了强有力的工具,取得了很多显著的研究成果。尽管如此,由于泛基因组学研究尚处于发展阶段,测序费用和分析成本仍然较高,难以广泛普及; 且存在分析标准不一、数据挖掘不够全面深入、理论难以应用于生产实际等尚待解决的问题,仍有较大的发展空间。该文系统总结了泛基因组在生物遗传多样性挖掘和功能基因组学中的研究进展,主要包括其在泛基因组图谱的构建、基因组变异和有利基因的发掘、功能基因的多态性、群体遗传多样性和系统进化等多个领域中的应用和研究,探讨了其在不同领域的应用潜力。同时,讨论了目前泛基因组研究中存在的局限性和可能的解决方法,并对其将来的发展前景进行了展望。     

利用de novo组装策略解析猪的基因组变异

正猪(Sus scrofa)是人类最早驯化的动物之一,在农业生产和生物医学研究中具有重要价值。据统计,目前全球约有730多个品种,其中约2/3分布在中国和欧洲。国际家猪基因组测序协作组于2012年完成了欧洲家猪——杜洛克猪(Duroc)的全基因组序列,为后续的遗传变异检测、种群进化与选择性分析等相关研究提供了宝贵的基础资源。目前,大量非模式生物的参考基因组序列往往是不完整的,不能准确涵盖该物种的全部遗传信息,     

山羊基因组研究进展

山羊基因组是山羊品种资源保护和利用的研究依据,对培育和改良山羊品种具有重要意义。目前,随着山羊参考基因组的不断完善,在山羊起源、进化和适应性等方面的研究取得了诸多重要成果。本文详细综述了山羊基因组研究进展,主要包括山羊基因组结构、山羊基因组图谱(遗传图谱、物理图谱和比较图谱)、山羊高通量测序和山羊SNP芯片的开发及利用,以期为开展山羊基因组选择(genome selection, GS)奠定理论基础。     

基因组学技术大发展助力园艺植物研究取得新进展

园艺植物包括花卉、蔬菜、果树、部分瓜类(如西瓜(Citrulluslanatus)和甜瓜(Cucumismelo))和茶树(Camellia sinensis),在植物分类上涉及大量物种。园艺植物的基因组学和遗传学研究具有重要的理论价值和经济意义。基因组测序技术及相关生物信息学工具的发展为园艺植物基因组和分子生物学研究注入了新的活力。睡莲是一种重要的花卉植物,除了具有观赏价值,其进化地位也非常特殊,属于一种早期被子植物类群。最近,蓝星睡莲(N. colorata)的高质量基因组图谱绘制完成。通过系统分析和比较睡莲基因组与其它被子植物的基因组,研究者阐明了睡莲的进化位置及相关进化事件。所获得的高质量基因组序列将有助于园艺植物研究者开展深入的分子遗传学研究,鉴定到控制和调控花器官、花色花香及品质等众多性状的功能基因,从而推动基础研究的快速发展和加快新品种创制。     

基因组学技术大发展助力园艺植物研究取得新进展

园艺植物包括花卉、蔬菜、果树、部分瓜类(如西瓜(Citrullus lanatus)和甜瓜(Cucumis melo))和茶树(Camellia sinensis),在植物分类上涉及大量物种。园艺植物的基因组学和遗传学研究具有重要的理论价值和经济意义。基因组测序技术及相关生物信息学工具的发展为园艺植物基因组和分子生物学研究注入了新的活力。睡莲是一种重要的花卉植物,除了具有观赏价值,其进化地位也非常特殊,属于一种早期被子植物类群。最近,蓝星睡莲(N.colorata)的高质量基因组图谱绘制完成。通过系统分析和比较睡莲基因组与其它被子植物的基因组,研究者阐明了睡莲的进化位置及相关进化事件。所获得的高质量基因组序列将有助于园艺植物研究者开展深入的分子遗传学研究,鉴定到控制和调控花器官、花色花香及品质等众多性状的功能基因,从而推动基础研究的快速发展和加快新品种创制。     

宽边黄粉蝶(Eurema hecabe)基因组Survey分析

宽边黄粉蝶(Eurema hecabe)是重要的传粉昆虫,广布于非洲热带区、东洋区、澳洲区及古北区东部,具有较高的学术价值和经济意义。为了深入研究其广泛适应性,确定适合该蝴蝶的全基因组的测序研究策略,我们首先做低覆盖度的基因组Survey测序,然后做大规模的全基因组深度测序。采用第二代高通量的测序技术作为该研究的研究方法,测定了宽边黄粉蝶基因组大小,并利用生物信息学方法估计该种的杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明:(1)宽边黄粉蝶的基因组大小估计为285.34 Mb,测序深度51×;(2)从K-mer分布曲线发现黄粉蝶基因组有明显的杂合峰,杂合率达1.97%,重复序列比例为35.37%。该研究结果对于揭示宽边黄粉蝶物种的起源和进化及适应性具有重要意义,为宽边黄粉蝶选择全基因组测序策略提供依据。     

山羊基因组与遗传变异图谱研究进展

高通量测序技术和生物信息学的发展极大的促进了山羊分子生物学研究。山羊参考基因组的不断完善以及基因组重测序技术的应用,在全基因组水平上发现了大量的遗传变异信息(SNP、Indel和CNV),丰富了山羊分子群体遗传学研究利用的分子标记。综述了山羊参考基因组组装和全基因组变异图谱的构建及其在山羊上的研究进展,以期为进一步利用分子遗传标记进行山羊的各种性状的遗传基础研究和遗传资源保护利用提供科学依据和参考。     

大豆基因组解析与重要农艺性状基因克隆研究进展

自2010年大豆(Glycine max)基因组论文在Nature杂志上正式发表以来, 以中国为主的多国科学家已对众多不同地理来源的野生大豆、农家品种及栽培品种进行了基因组重测序, 并通过比较基因组学等技术手段, 揭示了大豆基因组在进化与驯化过程中的基本规律。利用大豆基因组信息, 科学家已成功克隆了调控大豆生育期、生长(结荚)习性、种子形态性状与组分、结瘤与养分利用效率、生物及非生物胁迫抗(耐)性等重要农艺性状的功能基因, 并初步揭示了其相关的作用机理, 取得了一系列突破性进展, 为今后进一步精细解析大豆基因组与相关性状的基因调控网络奠定了坚实的基础, 同时为通过分子(模块)设计育种来培育新品种创造了必要条件。     

基于高通量测序的群体基因组学——植物病原真菌研究新方向

群体基因组学能够从全基因组水平揭示种群结构与进化、物种形成、适应性机制等。随着高通量技术的不断发展,基因组测序成本不断降低,大规模测序已成为可能。近几年被全基因组测序的真菌数量迅速增加,极大地促进了真菌群体基因组学的发展,加深了人们对植物病原真菌起源、遗传多样性、选择作用、致病性、毒力因子、杀菌剂抗药性、寄主专化型等生物学特性的认识。本文简要介绍了植物病原真菌的全基因测序以及比较基因组学的研究进展,重点综述了基于高通量测序的病原真菌群体基因组学的最新研究动态。群体基因组学将成为植物病原真菌一个新的研究方向。     

白花刺续断野生居群的叶绿体全基因组特征解析

白花刺续断在中国西藏是一种常用的药用植物,但其叶绿体全基因组的相关研究较少。为揭示该物种叶绿体全基因组的基本特征并探讨其谱系遗传结构,该研究利用Illumina测序平台对来自5个野生居群的10个白花刺续断个体进行二代测序,经组装、注释,得到10条完整的叶绿体全基因组序列,并对它们的基因组特征和居群间的谱系进化关系进行了初步研究。结果表明:(1)白花刺续断的叶绿体全基因组大小为155 335～156 266 bp,共注释113个基因,包括72个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因,其叶绿体基因组的大小、结构、GC含量及基因组成等方面在种内高度保守。(2)基因组比较分析表明,白花刺续断变异较大的片段均位于单拷贝区,且IR边界未出现明显的扩张和收缩。(3)群体遗传分析发现,白花刺续断的野生居群具有明显的地理遗传结构,不同居群间在遗传距离与地理距离上具有一定的相关性。研究认为,白花刺续断叶绿体基因组在种内居群水平上比较保守,且叶绿体基因组可在居群水平上揭示物种的地理遗传结构。这为后续开展刺续断属物种群体遗传学和系统发育基因组学研究奠定了基础。     

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。     

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。     

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.     

群体遗传学模拟软件应用现状

随着下一代测序技术的不断进步与测序价格的不断下降,越来越多物种的全基因组信息被公开。作为研究群体遗传变异模式工具之一的模拟软件必然将发挥越来越重要的作用。依据时间推演方向的不同,模拟软件可以分为依时间向前和向后推演,二者各有所长,功能上互相补充,分别适合于不同的模拟需求。这些软件在研究进化动力的影响、估计进化动力参数与验证不同进化假设以及新方法有效性等方面起着重要作用。本文简要介绍了群体遗传学相关理论知识,详细比较了近10年来发表的32款模拟软件,并对模拟软件的未来发展方向给出了建议。     

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。     

家鸡全基因组测序研究进展

鸡具有独特的生物学特性。全基因组测序是即对一种生物的基因组中的全部基因进行测序,主要包括de novo测序和全基因组重测序。近年来,由于测序技术的飞速发展,鸡全基因组研究取得了很多重要的进展,为解释鸡的生物学特性和缩短分子育种周期发挥了重要作用。重点阐述了不同品种鸡全基因组de novo测序的完成、全基因组重测序技术在解析品种遗传多样性、揭示进化机制、质量性状遗传机制广泛应用,讨论了鸡全基因组测序工作存在的问题及其展望,旨在为家鸡种质资源的改良和分子育种提供重要的参考资料。     

绵羊基因组研究进展

过去几年中,家畜基因组计划取得了巨大进展。已经构建了猪、鸡、牛、绵羊、马、鹿的遗传图谱,其遗传标记间距在5～20cM。这些图谱对于家畜中与重要经济性状相关的基因或遗传标记的鉴定非常重要。该文从绵羊的基因图谱、比较图谱、重要经济性状基因及QTL定位方面对绵羊基因组的研究进展作了简要阐述。 Abstract:During the last few years,advances in livestock genome projects have been remarkable.Species-specific genetic maps exist for pig,chicken,cattle,sheep,horse,and deer with marker intervals of 5 to 20 cM.These maps have been essential for the identification of genes and genetic markers associated with importantly economic traits in livestock.In this paper,advances of gene map,comparative map,the genes for importantly economic traits and quantitative trait loci (QTL) mapping were briefly introduced in sheep.     

葡萄、桃和可可基因组的进化分析

本研究以葡萄、桃和可可为研究对象,基于比较基因组学,利用基因同源共线性方法对基因组内的结构和基因组间同源信息进行比对分析,确定了物种基因组内和基因组间的同源片段。通过统计3个物种基因组间的同源共线基因的保留情况发现,葡萄基因组的保留情况最好,桃次之(为73.4%),可可最差(为68.9%),其丢失均可能是由于双子叶植物共有的三倍化导致基因组稳定性遭到破坏。另外,共线基因间的同义核苷酸替换率的频数分布证实,葡萄、桃和可可仅经历过一次古老的全基因组三倍化,并未经历最近的全基因组加倍,且可可基因组进化最快,葡萄基因组进化最保守;3个物种的分歧时间分别为:葡萄(~110 Mya)、可可(~90 Mya)、桃(~80 Mya)。本研究将为3个物种及双子叶植物基因组的结构、功能和进化等研究提供重要的理论依据。