3种烟草基因组SSR位点信息分析和标记开发

利用生物信息学方法对绒毛状烟草、林烟草和本塞姆氏烟草3份烟草野生种基因组数据中的SSR位点信息进行了分析。结果表明,在全长分别为2.14Gb、2.44Gb和2.59Gb的绒毛状烟草、林烟草和本塞姆氏烟草基因组中分别获得153 357个、196 493个和278 784个SSR位点,平均相隔13.94kb、12.42kb和9.31kb出现一个SSR。在SSR位点分布区域上,绝大部分的SSR位点分布在内含子和UTR(尤其是5′-UTR)区域;在SSR基序类型上,主要集中在二、三碱基基序且二者占总SSR位点数目的80%以上,并以二碱基基序类型丰度最高;在SSR基序结构上,基因组中出现频率及数量最高的是含有A(T)n的基序结构;在SSR基序的重复次数上,除单碱基基序类型外,重复次数多在3~10次之间。利用分别属于5个不同烟草组的8份烟草材料验证所合成的300对引物,所有合成的引物均能扩增获得目标片段,其中有80对引物存在扩增多态性。表明来源于绒毛状烟草、林烟草和本塞姆氏烟草基因组的SSR标记在亲缘关系相对较近的烟草种间具有高度保守性和通用性,基于此3份烟草野生种基因组数据开发SSR引物用于后续的相关遗传研究具有可行性。     

椭圆叶花锚简化基因组的SSR信息分析及SSR引物开发

基于RAD-seq简化基因组测序技术获得椭圆叶花锚（Halenia ellipitica D.Don）简化基因组水平上的序列信息并开发SSR分子标记。利用SR search软件检测而得到双端各有至少100 bp的五种类型的SSR（二、三、四、五、六核苷酸）位点共6 201个,并成功设计其中3 865个SSR引物。在能成功设计引物的SSR位点中,三核苷酸SSR位点最多;重复序列长度包括17种（12~36 bp）;重复序列的基序共达316种,其中五核苷酸基序种类最多（91种）。从中挑选65对可对应五种SSR类型的引物,经梯度PCR检验后,利用椭圆叶花锚的4个居群32个个对可扩增的引物进行PCR和聚丙烯酰氨凝胶电泳检测,其中14对引物能在绝大多数个体中扩增,且13对具多态性。13个多态性位点的等位基因数量均值为5.462,多态性较高且不连锁（P<0.05）;其中10个位点在多数居群中偏离哈迪温伯格平衡（P<0.01）且存在较高的纯合子数量（观测杂合度H_o均值0.226）;近交系数在-0.443~1,均值为0.656;基因流N_m为0.474。     

苹果叶绿体基因组特征分析

苹果（Malus×domestica）是最重要的温带水果之一。为了能更好的了解本种的分子生物学基础．对已发布的苹果叶绿体全基因组序列进行了结构特征分析。结果显示苹果的叶绿体基因组全长为160068bp,具有典型的被子植物叶绿体基因组的环状四分体结构,包含大单拷贝区（LSC）,小单拷贝区（SSC）和两个反向互补重复区（IRs）,长度分别为88184bp,19180bp和26352bp。基因组共有135个基因（20个基因分布在反向互补重复区,因此整个基因组包含115个不同的基因）。按照功能进行分类,这115个基因包括81个蛋白质编码基因,4个rRNA编码基因和30个tRNA基因。其中,ycf15．ycf68和infA三个基因包含多个终止密码子,推测可能为假基因。苹果的基因组结构．基因顺序．GC含量和密码子使用偏好均与典型的被子植物叶绿体基因组类似。在苹果的叶绿体基因组中,共检测到30个大于30bp的重复序列,其中包括21串联重复,6个正向重复和3个反向重复序列;并检测到237个简单重复序列（SSR）位点,大部分的SSR位点都偏向于A或者T组成。此外,每10000bp非编码区平均分布有24个SSR位点,而编码区平均有5个SSR位点,表明SSRs在叶绿体基因组上的分布是不均匀的。本文对苹果叶绿体基因组序列特征的报道,将有助于促进该种的居群遗传学、系统发育和叶绿体基因工程的研究。     

竹子叶绿体基因组SSR分子标记的开发及其应用

为探讨观赏竹叶片异质性的机理,根据麻竹(Dendrocalamus latiflorus)和绿竹(Bambusa oldhamii)叶绿体基因组序列开发SSR分子标记。结果表明,在麻竹和绿竹叶绿体基因组中分别存在87和86个SSR位点,其中三核苷酸重复类型最多,其次为单核苷酸重复类型。根据SSR位点设计21对引物,其中11对引物对6竹种能够扩增出稳定、清晰的条带,且具有多态性,引物有效率达到52.4%。聚类分析表明,6竹种可分为两大类群,与形态学分类结果基本一致。有4对引物在菲白竹(Pleioblastus fortunei)和白纹椎谷笹(Sasaella glabra f.albo-striata)的花叶中具有多态性,可作为区分观赏竹叶片异质性的分子标记。     

中国明对虾基因组微卫星重复单元类型与其多态性关系

利用超声波粉碎中国明对虾Fenneropenaeus chinensis基因组后建立随机基因组文库,对其测序后获得了1996个克隆序列,经SeqmanⅡ（DNAstar）拼装后获得独立克隆数目为1900个,每个序列长度从400－700bp不等。利用重复序列分析软件对这些序列中含有微卫星重复序列的序列进行分析,共找到136个包含完整侧翼序列的重复序列。利用引物设计软件从以上重复序列中设计出34对引物,合成引物后,通过PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法获得了各个微卫星位点的等位基因数目。34对引物中,除4个没有扩增出产物外,其他都有较好的扩增结果,可以分辨出多态性信息情况,并据此分析了不同微卫星重复序列类型与其对应的位点多态性之间的关系。结果表明,两碱基重复类型具有较高的遗传多态性,而三碱基和四碱基以及复合型重复类型的平均多态性不高;两碱基重复序列类型各拷贝类别间的多态性信息没有明显的差异。进一步对两碱基的重复拷贝数目与多态性信息（等位基因数目）的相关关系进行分析,以考察拷贝数多少与等位基因数目之间的关系。利用SPSS软件进行相关分析,结果表明重复拷贝数目和等位基因数目呈一定相关（相关系数0.121）,但相关性不显著（P＝0.621）。     

马铃薯甲虫基因组SSR位点分析及引物效率的验证

SSR作为一种微卫星分子标记方法,被广泛用于遗传多样性相关的研究,而SSR引物是否高效是影响整个实验结果的重要因素。本研究利用生物信息学手段,对马铃薯甲虫基因组数据进行分析,搜索基因组SSR位点,并设计引物和验证SSR引物的效率。最终在马铃薯甲虫基因组中共检测出SSR位点81 937个,且这些位点中以单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸重复为主;从SSR位点的平均分布距离来看,单、三、四核苷酸重复在马铃薯甲虫基因组中平均分布距离较小,分别为2.21 kb、8.39 kb、36.21 kb。马铃薯甲虫基因组SSR位点中,优势基序总数为68 388个,比例高达83.46%,其中,单核苷酸以A/T重复基序占绝对优势,二核苷酸重复的SSR位点中,以AG/CT重复基序为主,三核苷酸重复的位点中,以AAT/ATT重复基序为主;在ClassⅠ长度的SSR位点中,以二核苷酸、三核苷酸重复的数量最多,比例高达82.32%;最后设计19对SSR引物测试效率,其中14对成功扩增条带,11对为多态性引物,其平均多态性条带6.27条。多态性引物的PIC值在0.375-0.794,平均值为0.600,大于平均值的引物为6对,占有效扩增引物的54.5%。研究表明,利用生物信息发掘SSR位点的方法简便高效,这为后续进一步利用SSR引物研究马铃薯甲虫的遗传多样性,及在其它昆虫中开发SSR引物开发奠定研究基础。     

6种鳞翅目昆虫全基因组SSR分布规律

为探明鳞翅目昆虫全基因组SSR分布规律,本研究利用MSDB v2.4软件和生物信息学方法搜索和提取了家蚕(Bombyx mori)、小菜蛾(Plutella xylostella)、菜粉蝶(Pie ris rap ae)、烟草天蛾(Manduca sexta)、棉铃虫(Helicoverpa armigera)和帝王蝶(Danaus plexippus)共6种鳞翅目昆虫全基因组完整型SSRs序列,对其分布规律进行比较分析.结果 表明,基因组最大的昆虫是烟草天蛾,达到419.42 MB,但SSR总数最多的是家蚕,其SSR标记相对丰富,有141311个,占基因组的0.61％,SSRs总数与基因组大小不成正比.纯微卫星(pure microsatellites,P-SSRs)在调查的6种昆虫的SSR类型中最丰富,均占总SSR的97％以上;家蚕和棉铃虫中单碱基-SSRs最为丰富,分别占全部碱基类型的51％和33％,帝王蝶中二碱基-SSRs最为丰富,占43％,小菜蛾、菜粉蝶、烟草天蛾中四碱基-SSR最为丰富,分别占31.56％、31.74％和28.72％,五、六碱基在所有昆虫SSR中含量都非常低;6种昆虫SSR重复类型碱基A-T总含量均比G-C含量高,A-T含量最高的物种为菜粉蝶,最低的是小菜蛾.各物种的优势碱基基序不同,6种昆虫一至四碱基重复类型的优势碱基序列较一致,五、六碱基的优势序列差异较大,说明碱基重复次数越高,稳定性及多态性越低.每种昆虫显示了物种特有的碱基类型丰度及优势碱基序列,这与物种的遗传特性、SSR的检索和分析条件及序列大小等因素有关.研究结果为鳞翅目昆虫的SSRs分子标记筛选和遗传分析提供参考数据.     

基于转录组测序的茄子SSR标记开发

应用Trinity软件对茄子转录组测序数据组装,得到总长度为47919660 bp的45404条Unigenes,MISA从中检索到8316个SSR位点,发生频率为18.32%,平均5.63 kb一个位点。SSR位点中单碱基重复类型最多,为5372个,占到64.60%;其次为三碱基重复1628个,占到19.58%。三碱基重复中AAG/CTT是优势重复单元,占三碱基重复数的31.6%;二碱基重复中AG/CT是优势重复单元,占二碱基重复数的42.3%。利用Primer 3设计引物,共得到858对SSR引物,随机选取100对引物对17份茄子材料进行扩增,结果表明:有84对可以扩增出条带清晰的片段,有47对引物扩增片段为多态性片段。对47对多态性引物进行分析,多态性信息含量范围为0.10~0.64,平均多态性信息含量为0.32,UPGMA聚类分析可将17份材料分为3类。以上结果表明,基于茄子转录组测序开发的SSR标记可以为茄子的遗传多样性分析和遗传图谱构建提供更加丰富的标记来源。     

濒危植物羊踯躅全基因组SSR标记开发与鉴定研究

该研究利用基于全基因组限制性酶切位点简化基因组测序技术（RAD seq技术）,开发濒危植物羊踯躅（Rhododendron molle G. Don）全基因组SSR标记,并对3个群体共63份羊踯躅材料进行验证鉴定,为进一步研究羊踯躅的遗传多样性和群体遗传结构以及保护利用提供技术支持。结果显示：（1）羊踯躅基因组测序获得原始数据7.653G bp,过滤后为7.513G bp;经组装发现,羊踯躅171.534 M bp的基因组分布在498 252 contigs中。（2）通过SSR检测,在11 961 SSR位点中获得了11 687对SSR分子标记,并且二核苷酸为基序的重复类型最丰富,达51.76%。（3）随机选取128对SSR标记在6个羊踯躅株系中进行PCR扩增,获得20对高多态性的SSR标记。（4）用所选的20对多态性SSR标记对3个群体共63份羊踯躅材料进行验证分析发现,这些多态性SSR标记位点的等位基因数为4~16个,期望杂合度（H_e）为0.489~0.908。 研究表明,羊踯躅的SSR丰度适中,且二核苷酸为羊踯躅中最丰富的重复序列,该实验进一步证明RAD seq技术是一种经济有效的基因测序方法,实验中开发的SSR引物将有助于进一步研究羊踯躅和其他近缘种的群体结构和多样性。     

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。     

Segmented Genome: Elementary Units of Genome Structure

Numerous observations, measurements and calculations strongly indicate that both eukaryotic and prokaryotic genomes are built as linear arrays of units of rather uniform size, about 400 base pairs. The units are likely to correspond to early individual genes that existed, presumably, in form of DNA circles. Their combinatorial fusion resulted eventually in formation of the early segmented genomes. The segmented structure of the genomes is, apparently, still maintained by some structural selection pressures. Some of the units can be recognized by characteristic sequence motifs at the borders of the units. Identification and characterization of the units, their mapping on the genomes should become an important prerequisite of genome comparisons and genome evolution studies.     

Genome duality

A report on 'Higher Order Genome Architecture', the third meeting of the Marie Curie Conferences and Training Courses (MC-GARD), Edinburgh, UK, 1-5 April 2009.     

Genome instability

The paper deals with the various manifestations and the role of genome changes, mainly in eukaryotes. I. Hereditary changes: 1) multiplication of genes in animals; 2) multiplication of genes in prokaryotes; 3) microsymbionts, mobile elements and supermutability; 4) extrachromosomal element delta in Drosophila; 5) hybrid dysgenesis in Drosophila; 6) mobile and unstable genes in drosophila; 7) controlling elements in planrs. II. Genome changes as a regulatory factor of genetic activity: 1) immunoglobulin genes; 2) mating types in yeast; 3) the inversion mechanism of switching gene activity in prokaryotes; 4) ribosomal and histone genes; 5) changes of DNA fractions in ontogenesis; 6) regulation of genome changes.     

人类基因组计划与后基因组时代

2003年4月14日生命科学诞生了一个新的重要里程碑,人类基因组计划完成,后基因组时代正式来临。着重介绍了人类基因组计划的提出、目标与任务、实施与进展等方面的基本情况,讨论了后基因组时代的时间界定,分析展望了后基因组时代与人类基因组计划密切相关的生物信息学、功能基因组学、蛋白质组学、药物基因组学等几个重要研究领域 。