新一代测序技术在生命科学研究中的应用

新一代测序技术又称为第二代测序技术,是对传统测序技术的一次革命性改变,其特点是测序通量高、速度快、成本低。第一台新一代测序仪在2005年上市,在不到十年的时间里,技术发展十分迅速,测序成本直线下降,已被广泛用于生命科学研究中,对生命科学研究和生物医药产业的发展将产生积极、深远的影响。本文简要概述了新一代测序技术在基因组学、表观遗传学和转录组学等研究领域中的应用。     

磁珠富集法分离小黄李基因组微卫星DNA片段

将微卫星探针5′端生物素化后与链亲和素磁珠特异结合,用磁珠和探针的结合物与两端连接已知序列人工接头的中国李品种小黄李(Prunus salicinacv.Xiaohuangli)基因组DNA酶切片段杂交,以此杂交片段为模板用人工接头序列为引物进行PCR扩增,根据PCR产物测序结果设计引物作为微卫星DNA的标记引物.结果在随机挑选的36个克隆进行菌落PCR检测时,从31个阳性克隆中挑选18个克隆进行测序后获得了12条特异序列,设计的8对SSR引物均在5个中国李受试品种上获得了预期的扩增产物,其中4对引物在受试品种上表现出多态性.     

基于高通量测序的植物群体基因组学研究进展

作为群体遗传学一种新的表现形式,群体基因组学是将基因组概念和技术与群体遗传学理论体系相结合,通过覆盖全基因组范围内的多态位点的分布式样推测位点特异性效应和全基因组效应,从而提升人们对微进化的理解。近年来,随着第二代高通量测序技术的出现和改进,完成基因组测序的植物种类迅速增加,大规模的重测序也随之开展。与此同时,在一些尚未完成基因组测序的植物物种中,也开展了一些平行测序。这些重测序和平行测序极大地促进了群体基因组学的发展,加深了人们对相关植物种群在基因组水平上的遗传多样性、连锁不平衡水平、选择作用、群体历史及复杂性状的分子机理等群体基因组学方面的认识。本文简要介绍了群体基因组学的概念、研究方法等,重点综述了基于高通量测序的植物群体基因组学的研究动态,展望了植物群体基因组学的发展前景并讨论了存在的问题,以期为相关研究提供借鉴和参考。     

用于高通量测序的基因组靶序列捕获方法的建立

文章旨在建立一种基因组目标靶序列捕捉文库的方法,并结合第二代测序技术,以实现候选基因区段的深度测序。利用Agilent公司的eArray在线平台,对1250个基因的11824个外显子共2414977bp的基因组序列进行120个碱基长度的捕捉探针(钓饵)设计,并制备成SureSelect液相靶序列捕获试剂。选用2例人基因组DNA,超声打断后末端补平并磷酸化,连接SOLiD接头,回收150bp～200bp的DNA片段,与靶序列探针杂交捕获目标序列,油包水微乳滴PCR扩增后,磁珠分离富集,上SOLiD测序系统通过工作流程分析(WFA)进行文库质量的评价,或正式测序反应。结果显示对所包含的11147个基因外显子片段设计出并合成了46509个捕捉探针,制备成SureSelect试剂盒。探针可有效地捕捉并富集基因组DNA的目标靶片段,定量PCR显示富集效率可达29倍。WFA分析表明文库可以在SOLiD仪器进行正式测序。测序结果显示靶序列区域的测序数占有效总测序数的比例达到70%,覆盖率均在200×以上。结果表明本研究所建立的SureSelect基因组靶序列捕捉、富集建立测序文库的技术路线可行,可直接用于SOLiD测序仪的测序。     

人类肠道微生物组与相关疾病研究进展

人体肠道共生着数以万亿计的微生物,肠道微生物在维持宿主正常生理功能中发挥重要作用,其成分和功能变化可导致严重的肠道和全身性疾病。以新一代测序技术和生物信息学分析为基础的元基因组学研究不仅极大地推动了对人类肠道微生物的整体认识,还加深了对肠道微生物代谢产物促进人类健康机理的理解,为肠道炎症、代谢性疾病和癌症等人类疾病的诊断与治疗提供了新思路。就肠道微生物元基因组学与肠道相关疾病的研究进展作一综述。     

高通量测序技术在动植物研究领域中的应用

高通量测序是核酸测序研究的一次革命性技术创新, 该技术以极低的单碱基测序成本和超高的数据产出量为特征, 为基因组学和后基因组学研究带来了新的科研方法和解决方案. 在动植物研究领域, 高通量测序引领了一次具有里程碑意义的科学研究模式革新, 科研人员可利用该技术在基因组、转录组和表观基因组等领域展开多层次多方面多水平研究. 本文就高通量测序技术应用于动植物基因组学和功能基因组学研究进展进行了系统阐述, 并对当前高通量测序技术的现状和热点及未来的发展趋势作了深入剖析和讨论.     

金小蜂基因组学研究前沿

金小蜂不仅是重要的昆虫天敌资源,还是理想的模式生物。2010年1月15日,3种金小蜂(丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis、吉氏金小蜂N.giraulti和长角金小蜂N.longicornis)的基因组在《科学》上发表。这一事件标志着金小蜂研究"后基因组时代"的开始。金小蜂基因组测序完成后,科学家们就利用生物信息学、比较基因组学、功能基因组学等方法,基于基因组平台,在进化遗传学、发育生物学、神经生物学、行为学等领域开展了系列研究,取得了重要进展,国际著名杂志《昆虫分子生物学》和《遗传》还以特刊的形式进行刊载。本文就金小蜂基因组学相关研究取得的进展予以扼要概述,并探讨其研究方向和发展前景。     

线粒体基因组测序策略和方法

本文综述了线粒体基因组测序策略和方法,在传统测序方法中介绍了基于物理分离线粒体DNA的克隆文库测序方法和基于PCR扩增产物的直接测序方法,后者重点介绍了基于长PCR扩增产物的引物步移法和基于总DNA的引物步移法;应用新一代高通量测序方法有基于总DNA样品的方法,包括需要预扩增mtDNA的多物种平行高通量和无需预扩增mtDNA的高通量方法,基于总RNA样品的转录组测序方法等。在实际工作中,选择哪种方法取决于研究规模、样品大小和保存状态、经费情况等。总的来说,基于长PCR扩增产物的引物步移法尤其适合小规模昆虫线粒体基因组研究,而对于大规模线粒体基因组研究来说,NGS技术无疑是省时省力的最佳选择。     

高通量测序技术及其在微生物学研究中的应用

20世纪70年代发明的核酸测序技术为基因组学及其相关学科的发展做出了巨大贡献,本世纪初发展的以Illumina公司的HiSeq 2000,ABI公司的SOLID,和Roche公司的454技术为代表的高通量测序技术又为基因组学的发展注入了新活力.本文在阐述这些技术的基础上,着重讨论了新一代测序技术在微生物领域中的应用.     

云斑尖塘鳢AFLP分析技术的建立

以云斑尖塘鳢为对象,对其扩增片段长度多态性（AFLP）体系中的连接、预扩增、选择扩增等关键步骤的参数进行了对比实验。结果表明,在采用磷酸化接头,预扩增PCR增加延伸反应及20倍稀释预扩增产物的条件下,可得到清晰稳定的电泳图谱。所筛选的48个引物组合中,14个引物组合的产物带型稳定清晰,分布均匀,扩增片段为50-70条。本研究获得的AFLP优化参数及引物能够运用于云斑尖塘鳢群体遗传分析及分子辅助育种研究。     

目标序列捕获技术及其应用

耗资30 亿美元历时10 余年完成的人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)给基因组学研究带来了翻天覆地的变化,通过测定人类基因组DNA 的序列,探寻基因在染色体上的位置,明确基因的结构和功能,解读人类的全部遗传信息,人类第一次在分子水平上全面认识自我.在这期间,建立了两项非常重要的高通量技术:基因芯片和新一代测序技术.这两种技术进一步结合,就产生了一种新的解决方案:目标序列捕获测序技术.新一代测序技术的发展和成功应用使得普通实验室对整个人类基因组进行测序成为可能,由此,科学家们提出了千元人类基因组计划①.     

水稻基因组测序及基因功能的鉴定

水稻是重要的粮食作物。作为单子叶模式植物,水稻基因组的大规模测序具有巨大的理论价值和现实意义。目前已获得了籼稻“93—11”和粳稻“日本晴”高质量的基因组数据,这为在基因组水平上深入研究其生长、发育、抗病和高产等的遗传机理提供了便利,从而为进一步解决世界粮食危机提供了新的突破口和契机。随着水稻基因组计划的顺利结束,其研究重心也已由建立高分辨率的遗传、物理和转录图谱为主的结构基因组学转向基因功能的研究。结构基因组学研究获得的大量序列数据为揭示和开发功能基因开辟了广阔的前景。目前,利用图位克隆和电子克隆等方法已成功分离了多个水稻抗病、抗虫、抗逆境、抗倒伏、高产、优质等重要农艺性状相关的基因,对培育水稻新品种,促进农业的可持续发展意义重大。据估计,水稻至少拥有3．7万个非转座因子相关的蛋白编码基因。因此,完成全基因组序列测定后,重要基因功能的鉴定已成为当前基因组学研究的主要目标。反向遗传学、大规模基因功能表达谱分析和蛋白质组研究等策略已在研究水稻重要基因的功能方面发挥了重要作用。文章综述了水稻基因组测序及基因功能研究的现状,并就新基因发掘和基因功能注释的方法作了评述,期待为水稻遗传工程和育种实践提供参考。     

不同DNA聚合酶对运用ARTIC工作流的新型冠状病毒纳米孔测序的影响

摘要 目的：为了验证不同高保真DNA聚合酶是否会对运用ARTIC工作流进行新型冠状病毒纳米孔测序产生影响。方法：使用英国Nanopore公司MinION测序仪对2份已获得全基因组序列的新冠肺炎确诊病例核酸样本分别采用KAPA HiFi HotStart ReadyMix,PrimeSTAR?誖GXL DNA Polymerase和NEBNext High-Fidelity 2X PCR Master Mix进行ARTIC工作流的多重PCR扩增,对扩增产物进行测序,并对测序质量进行分析。结果：不同高保真DNA聚合酶在相同扩增条件下,扩增产物的质检结果和测序质量均不相同,NEBNext High-Fidelity 2X PCR Master Mix在覆盖度和测序深度上明显好于另外两种酶。结论：NEBNext High-Fidelity 2X PCR Master Mix在纳米孔新型冠状病毒ARTIC快速测序工作流中的应用效果较好。     

美科学家完成大豆基因组测序

08年12月8日在墨西哥召开的国际豆类基因组学和遗传学会议上，JGI科学家和合作机构公布了大豆完整基因组草图。测序工作用时3年。     

难培养菌的多条带PCR产物产生原因分析

【目的】分析严重威胁柑橘产业发展的毁灭性病害——柑橘黄龙病的强致病性病原亚洲种“Candidatus Liberibacter asiaticus”的种群多样性研究中出现多条带PCR产物的原因,为难培养菌的分子生物学研究提供参考。【方法】通过使用PCR、聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)和测序相结合分析“Ca. L. asiaticus”基因组上2个短串联重复(Short tandem repeats,STR)基因的PCR产物。【结果】单个菌株可扩增获得多个PCR条带且其扩增产物多态性受寄主品种影响;这2个STR基因的PCR产物在菌株间呈明显的多态性;扩增所获得的序列可来自“Ca. L. asiaticus”本身,也可来自其寄主或内生菌。【结论】难培养菌的STR基因PCR产物多态性产生的主要原因是该基因内部的串联重复序列数目存在差异,但目的菌及外源物种(寄主或内生菌等)基因组的非特异性扩增也是影响其多态性的因素。     

鼠疫耶尔森氏菌LcrV基因的克隆及序列分析

为了研究鼠疫耶尔森氏菌（Y.pestis）保护性抗原V蛋白,从基因库中查得Y.pestis LcrV基因DNA序列,针对序列设计合成了一对PCR扩增引物,以本所保存的Y.pestis菌种为模板进行基因扩增,结果获得长约980bp的DNA片段。将扩增产物回收纯化,克隆至pGEM-T载体,构建重组载体pGEN-T/ypV,经过PCR,酶切鉴定,并对pGEM-T/ypV中的V基因片段进行测序,分析测序结果与己知序列相同,表明获得了LcrV基因。     

水稻OsNCED3基因的RNAi载体构建

水稻OsNCED3基因是水稻抗逆过程中重要的基因之一.以水稻中花10号幼苗为材料,提取基因组DNA.设计引物扩增区段cDNA并引入相应的酶切位点,以基因组DNA作为模板,进行RNAi-OsNCED3顺式和反式目的片段的PCR扩增.将PCR产物连接到pMD19-T载体上,经酶切和PCR检测后进行测序.测序结果表明:RNAi-OsNCED3顺式和反式目的片段均已正确的连接到pMD19-T载体上.然后将RNAi-OsNCED3顺式和反式目的片段通过酶切和连接,连接到含有发夹结构的质粒pFGC5941上.PCR及双酶切结果显示,构建的pFGC5941-OsNCED3即RNAi-OsNCED3载体结构完整.     

宏基因组研究的生物信息学平台现状

由Handelsman et al(1998)提出的宏基因组(metagenome)泛指特定环境样品(例如:人类和动物的肠道、母乳、土壤、湖泊、冰川和海洋等环境)中微生物群落所有物种的基因组。宏基因组技术起源于环境微生物学研究,而新一代高通量测序技术使其广泛应用成为可能。与基因组学研究相类似,目前宏基因组学发展的瓶颈在于如何高效分析高通量测序产生的海量数据,因此,相关的生物信息学分析方法和平台是宏基因组学研究的关键。该文介绍了目前宏基因组研究领域中主要的生物信息学软件及工具;鉴于目前宏基因组研究所采用的"全基因组测序"(whole genome sequencing)和"扩增子测序"(amplicon sequencing)两大测序方法所获得的数据和相应分析方法有较大差异,文中分别对相应软件平台进行了介绍。     

叶绿体系统发育基因组学的研究进展

系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。近年来,在植物系统发育研究中,基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪,为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案,但同时也存在某些问题。本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例,讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景,并针对其存在问题进行了探讨,其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。     

基于新一代测序技术的mtDNA突变检测方法学的建立

目的:大量研究证实线粒体DNA(mtDNA)突变与肿瘤发生及进展密切相关,但使用传统测序方法难以高通量、高精确度的检测mtDNA突变,为此本研究建立了基于新一代测序技术的mtDNA突变检测方法.方法:提取肝癌患者癌、癌旁组织以及外周血细胞总DNA,利用PCR技术对线粒体基因组进行富集并对PCR产物进行平末端、粘性末端连接或对PCR引物进行氨基修饰,构建mtDNA测序文库.经Illumina HiSeq 2000平台测序后利用生物信息学方法与人类mtDNA参考序列进行比对,并进行测序数据分析.结果:通过对不同质量基因组DNA进行评估后,发现三对引物法适用于大部分DNA样本的mtDNA富集.进一步我们发现PCR引物的氨基修饰可显著提高测序数据覆盖均一性,降低测序成本.结论:本研究利用新一代测序技术通过对线粒体DNA富集方法以及测序覆盖度均一性进行优化,建立了一套灵敏、特异、高通量的mtDNA突变检测策略,为mtDNA突变与疾病研究提供了新方法.