纳米孔测序技术在实蝇类害虫检疫鉴定中的应用

【目的】纳米孔测序技术是单分子实时测序技术的一种,正在被广泛应用于临床快速诊断及微生物检测等领域。本研究以实蝇这一类重要的检疫性有害生物为例,探究该技术在昆虫检疫鉴定中应用的可行性,为昆虫检疫鉴定提供新方法。【方法】分别采用一代测序技术和纳米孔测序技术,对14种经形态学鉴定的实蝇成虫进行DNA条形码测序,通过BOLD和NCBI数据库对测序结果进行比对分析,并比较2种测序技术所得序列结果准确性的差异。【结果】通过纳米孔测序,14个实蝇样品在44 min内获得181 Mb bases,每个样品平均得到11280条reads,单个reads的准确度为92.10%~94.53%;经一致性序列校正,所有实蝇样品均可得到与一代测序结果完全一致的序列,序列分析结果与形态学鉴定结果完全一致。【结论】采用本研究的实验流程和数据分析方法,纳米孔测序技术可以应用于实蝇类害虫的检疫鉴定,测序结果准确、高效;本研究提供的实验方案同样适用于基于扩增子测序的物种鉴定,满足大规模样品的高通量精准鉴定需求。     

纳米孔测序技术应用于食品微生物检测的可行性分析

近些年来DNA测序技术发展迅速,已经从第一代生化测序发展到第三代单分子测序。作为第三代测序技术中的一种不同于当前流行的其他测序技术,纳米孔测序技术是基于电信号的一种物理方法测序。许多研究者通常将高通量测序技术应用于食品微生物的研究,但是将纳米孔测序技术应用于食品中微生物的检测却鲜有报道。Oxford Nanopore Technologies(牛津纳米孔科技公司)研发的DNA测序仪MinION,是世界首例用于商业测序的纳米孔测序仪,经过不断完善,近年来MinION在DNA测序中被广泛应用。MinION 测序一次需要的DNA量约1μg,其标准识别速度为一秒钟识别250个碱基,平均读长可至13kb~20kb,测序准确率可以达到98%。纳米孔测序的高识别速度和高准确率,完全满足快速检测的要求,将其应用于食品中微生物检测是完全可行的。     

单分子纳米孔测序技术及其应用研究进展

测序技术在通量和成本方面有了较大的改进,以单分子纳米孔测序技术为代表的第三代测序技术更是以其超长读长、实时检测和可以直接检测碱基甲基化修饰等优势在医学及生命科学等领域作出了较大贡献。文中就单分子纳米孔测序技术的原理进行了简要描述,并对其在临床、动物、植物、细菌及病毒等领域的应用和其未来的发展方向进行了讨论。     

高通量测序技术在食品微生物研究中的应用

高通量测序技术的快速发展对食品微生物发酵过程和机制研究产生了深刻的影响,主要体现在食品微生物生理功能、代谢能力和进化的研究以及食品微生物群落结构、动态变化及其对环境的响应机制等方面。另外,通过对食品微生物基因组和元基因组进行数据分析,也对食品发酵过程优化、微生物功能改造、食源性微生物疾病预防和控制等提供了重要的依据。本文总结了近年来利用高通量测序技术对食品微生物基因组和元基因组进行测序的研究,并探讨了测序技术的发展对食品微生物研究的影响及发展趋势。     

单分子实时测序技术在环境微生物研究中的应用

1975年,第一个cDNA的基因组——噬菌体фX174基因组的测序完成,标志着测序时代的开始。1996年以来人类基因组计划的发起极大地推动了测序技术的应用和发展,第二代测序技术也被称为高通量测序技术。而单分子DNA测序技术是最近10年内发展起来的新一代的测序技术,称为第三代测序技术,其中包括单分子实时测序(Single molecule real time sequencing,SMRT)、真正单分子测序和单分子纳米孔测序等技术。SMRT测序技术有超长读长、测序周期短、不需要模板扩增和直接检测表观修饰位点等特点,为研究人员提供了新的选择。本文综述了SMRT测序技术的基本原理、性能以及它在微生物16S rRNA基因、微生物全基因组以及微生物宏基因组测序等方面的应用,并分析了SMRT测序技术在环境微生物应用中的优势以及存在的问题。     

纳米孔测序技术在病毒性传染病检测及研究中的应用

快速、准确鉴定出病原体是临床感染性疾病诊断和传染病预防控制的基础。高通量测序基因检测技术突破了传统检测手段的时效性、灵敏度等的局限，为病原体检测和研究提供了便捷、高效的途径。本综述以高通量测序技术发展过程为基础，回顾纳米孔三代测序技术，及其在病毒性传染病检测鉴定及研究中的应用，并对该技术的应用前景及可能存在的问题进行阐述，期望它能在病毒性传染病的防控方面发挥更大的作用。     

微生物全基因组测序研究进展

本文综述了近年来大规模微生物基因组核酸序列测定的最新研究进展,介绍微生物全基因组测序的基本方法、序列的收集组装,序列缺口的填补,以及序列资料的计算机分析整理。大规模基因组测序完成后,未来面临的更大挑战是在ＤＮＡ序列基础上认识微生物的完整生物学功能。为此本文也介绍了有关基因功能分析的新技术,并对微生物基因组功能分析的未来发展作了展望。     

宏基因组学及其在口腔微生物研究中的应用

宏基因组是指环境中所有微生物的遗传物质总和。宏基因组学技术可以最大限度地利用环境中的微生物资源,受到了国内外微生物研究者的重点关注。口腔中寄居着大量的微生物群落,以往对口腔疾病微生物的研究大多局限于单纯的细菌培养技术,然而,由于培养技术的局限性,部分微生物很难或根本不能培养,宏基因组学技术打破了这一局限性,帮助人类发掘更丰富的口腔微生物资源。最近,以宏基因组学测序为基础的研究描绘出了口腔生态系统的图谱,越来越多的实验证明口腔微生物组在各种口腔疾病甚至全身系统性疾病中的重要作用。同时,这也为基于人类微生物组的诊断和治疗开辟了新的途径。本综述旨在说明宏基因组学是研究人类口腔疾病及全身疾病相关微生物的得力工具,而且具有广阔的发展前景,同时也讨论了宏基因组学在应用中有待克服的局限性。     

纳米孔基因测序技术在DNA甲基化修饰检测中的应用研究进展

DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰类型之一,其中哺乳动物基因组中最常见的5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)甲基化修饰参与了许多重要的生命活动,其含量的异常与疾病,尤其是癌症的发生发展密切相关。当前检测5mC修饰最常用的方法是基于亚硫酸氢盐转化的第二代基因测序技术,该方法虽然转化效率高且测定准确,但仍然存在不足之处,包括DNA分子降解、处理过程繁杂、测序读长较短、检测特异性不高等。近些年发展起来的纳米孔基因测序技术凭借其能对DNA修饰直接进行检测,且具有读长长、通量高、速度快等特点,在DNA表观遗传修饰检测方面展现了良好优势。本文对DNA的5mC修饰的形成及其经典的检测方法进行了简要介绍,并重点介绍了纳米孔基因测序技术在DNA的5mC修饰检测中的应用研究进展。     

2020微生物组测序与分析专题序言

微生物是人体、动植物、土壤、沉积物、水体、空气等生境中最重要的生命体。对这些生境中微生物的分析已经成为一项基础的研究技术。微生物组测序与分析作为近年来快速发展的技术,已经在人类健康、环境污染治理、食品工业以及农牧业等领域得到了广泛应用。为了梳理和总结微生物组测序与分析技术的现状、发展状况和应用前景,本专题收录了16篇本领域的论文,分别从样本保存和处理、单菌基因组测序与分析、特殊生境中的微生物组特征分析、微生物组相关数据库和算法以及微生物组测序与分析专家共识等方面,详细介绍了微生物组测序与分析领域的发展态势,为推动我国微生物组测序与分析产业和科研的快速发展、促进微生物组相关产业的良性发展提供必要的参考。     

基于新一代高通量测序的环境微生物转录组学研究进展

环境微生物转录组学是一门新兴学科,它以复杂环境样品中的微生物mRNA为研究对象,利用近年兴起的RNA-Seq高通量测序技术,在整体水平上对环境微生物的基因表达水平和调控规律进行研究.本文概述了环境微生物转录组研究从样品的采集保存、RNA提取、mRNA的富集、cDNA合成直到高通量测序及数据分析的基本流程.总结了该技术面临的主要瓶颈:环境样品mRNA含量低、腐植酸等干扰杂质多、rRNA去除程度有限.针对RNA的提取、纯化以及mRNA的富集这些重点步骤,详细阐述了近年来在提高mRNA的得率与纯度上的方法学进展.重点介绍了高通量测序数据的处理及分析方法,从测序数据的质量控制、序列组装、rRNA的鉴定及去除、功能基因注释及分类到差异表达基因的鉴定.最后总结了近年来环境微生物转录组学在新基因的发现、不同环境条件下微生物的基因表达及调控规律研究、有机物的代谢路径分析等3个主要研究领域的广泛应用.随着测序技术及生物信息学分析工具的发展进步,环境微生物转录组学将具有更广阔的应用前景.     

全基因组测序与生物信息学分析在细菌耐药性研究中的应用

随着耐药细菌的大量出现及广泛传播,细菌耐药性成为全球备受关注的问题。耐药细菌的特征如耐药基因、毒力因子、质粒分型等以及不同菌株间亲缘关系对于细菌耐药性流行病学及分子生物学的研究有着十分重要的意义。但是传统的技术手段如聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)和脉冲场凝胶电泳(Pulsed field gel electrophoresis,PFGE)等得到的结果不够全面且精确度低,对于现有的研究存在很大的局限性。全基因组测序技术(Whole genome sequencing,WGS)和生物信息学分析(Bioinformatics analysis)由于能够快速详尽地得到耐药细菌的特征,也能更加精细地判断不同菌株间的进化关系,逐渐成为更加有效的技术手段,为耐药性研究提供了有效的帮助。因此,文中系统地介绍全基因组测序分析流程中的各个步骤,主要包括文库构建、平台测序以及后期数据分析三大方面的不同方法和其相应的特点,期望相关研究人员对此能够有更全面的了解,并得到一定的帮助。     

高温菌研究进展

高温菌是一类特殊的极端环境生物。本文简要从高温菌生态、耐热性、基因组等方面综述了高温菌的研究进展。     

Whole genome sequencing and its applications in medical genetics

Fundamental improvement was made for genome sequencing since the next-generation sequencing (NGS) came out in the 2000s. The newer technologies make use of the power of massively-parallel short-read DNA sequencing, genome alignment and assembly methods to digitally and rapidly search the genomes on a revolutionary scale, which enable large-scale whole genome sequencing (WGS) accessible and practical for researchers. Nowadays, whole genome sequencing is more and more prevalent in detecting the genetics of diseases, studying causative relations with cancers, making genome-level comparative analysis, reconstruction of human population history, and giving clinical implications and instructions. In this review, we first give a typical pipeline of whole genome sequencing, including the lab template preparation, sequencing, genome assembling and quality control, variants calling and annotations. We compare the difference between whole genome and whole exome sequencing (WES), and explore a wide range of applications of whole genome sequencing for both mendelian diseases and complex diseases in medical genetics. We highlight the impact of whole genome sequencing in cancer studies, regulatory variant analysis, predictive medicine and precision medicine, as well as discuss the challenges of the whole genome sequencing.      

木本植物全基因组测序研究进展

近年来,植物全基因组测序的结果正如雨后春笋般涌现,木本植物全基因组测序也在紧锣密鼓地展开。但由于木本植物通常基因组较大,基因组结构较为复杂,在测序、测序后的组装、注释、功能分析等均存在较大的困难。在基因组测序分析的经费预算方面也存在着较大的压力。因此,有必要对这方面的研究进展及其存在问题进行分析比较,以提高林木全基因组研究方面的效率。文章在比较分析已经发展起来的3代基因测序技术(Sanger测序法、合成测序法和单分子测序法)的基础上,选择4种已经公布的木本植物(杨树、葡萄、番木瓜、苹果),从全基因组测序的研究背景、测序结果及应用的研究进展和存在问题等方面进行了述评,对未来要开展的木本植物全基因组测序前的准备工作(材料选择、遗传图谱和连锁图谱的构建、测序技术的选择),全基因组测序结果的生物信息学分析和应用进行了讨论。