基于Pacbio第三代测序技术的厚朴基因组测序分析

厚朴为著名的传统药用植物,归于木兰科、木兰属,于我国广泛种植,其树皮、根皮、枝皮、叶片、花、果实均能入药或食用.为获取厚朴全基因组序列信息,该文以厚朴叶片DNA为材料,采用Pacbio Sequel第三代测序技术构建厚朴全基因组数据库,并利用生物信息学方法对获得的核苷酸序列进行组装、功能注释以及进化分析研究.结果表明:...     

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。     

植物基因组测序的研究进展

近年来,随着测序技术的不断发展,基因组测序技术渐趋成熟并在动物和植物基因组上获得了越来越多的成功,大量植物的基因组的草图和精细图不断地被公布出来。比较和分析了三代测序技术各自的特点,对测序前的准备、基因组组装、注释和比较基因组学等方面的研究进展进行了详细的评述,阐明了植物基因组研究的特点和难点。通过植物的全基因组测序,研究者不仅可以获得该植物基因组和重要功能基因的序列信息,为从分子水平研究植物的分子进化、基因组成和基因调控等提供了一定的依据,而且还对即将测序的植物基因组研究具有重要的借鉴意义。     

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。     

第二、三代基因组测序数据混合拼接软件综述

DNA测序是生物信息学研究的重要内容之一,对测序序列的从头拼接是其中非常基础而重要的步骤.随着测序技术的不断更新,新的第三代测序数据拥有更长的序列长度、高错误率等性质,针对这些性质,同时使用二代、三代测序数据进行混合拼接是获得更好的拼接结果一种重要方式.本文介绍了现有的混合拼接软件的基本原理,并比较了不同软件拼接结果....     

新一代测序技术的发展及应用前景

Sanger测序的提出给人类破译遗传密码提供了强有力的工具。而近几年飞速发展起来的高通量测序技术无论在成本还是效率上,都对传统测序提出了巨大的挑战。千元人类基因组计划的公布更是加快了测序研发的进程。通过下一代测序技术,科学家不仅能够绘制出各个物种的基因组图谱,还能探讨不同条件下的基因表达差异以及不同物种之间或者物种之内的序列差异,进而为传统生物学以及医学研究开辟新的视角。与此同时,随着各大测序平台的不断改进,普通实验室都有能力承担此类大型测序项目。就目前正在发展的几种高通量测序技术进行了综合阐述,并比较了各种测序技术的优缺点,最后对其应用领域作了简单介绍。     

牦牛NLRP基因家族全基因组鉴定及转录组分析

NLRP基因家族在哺乳动物基因组中分布广泛,在免疫应答和生殖相关过程中发挥重要作用。本研究根据已报道的人类NLRP基因,利用PFAM、CDD、UniProt等数据库,采用ClustalW、MEGA X、ExPASy、MEME、GSDS和STRING等软件对牦牛NLRP家族成员进行全基因组鉴定和分析,并且基于高通量测序数据分析NLRP基因在牦牛不同组织中的表达情况。研究共鉴定出8个不同的NLRP基因家族成员,包括NLRP2、NLRP3、NLRP5、NLRP6、NLRP8、NLRP9、NLRP12、NLRP14,其中NLRP9有2个可变剪切。牦牛NLRP蛋白均有多个磷酸化位点,GRAVY值均小于0,属于亲水性蛋白;不稳定系数均大于40,均为不稳定蛋白,无跨膜结构。系统进化树显示同一家族成员氨基酸序列相似性高,在 6个物种中都聚在一起,免疫相关基因与生殖发育相关基因在进化中已经分开。蛋白互作网络显示牦牛NLRP蛋白与其他物种已经研究的功能相似,不仅与参与免疫相关的蛋白互作,也与生殖标记蛋白互作。如NLRP3与多种参与炎症反应的蛋白PYCARD、MLKL、GSDMD互作,NLRP5也与生殖细胞标记蛋白GDF9、BMP15、ZAR1等互作。转录组分析结果显示,牦牛NLRP基因在6种组织中的表达较为微弱或者不表达,具有组织特异性。牦牛NLRP家族在结构及理化性质上与其他物种同源基因具有相同的特点,部分试验和预测证实其同样参与了免疫和生殖相关过程。本研究结论不仅对牦牛NLRP基因家族进行了系统分析,同时为进一步研究牦牛先天免疫和生殖相关过程提供理论依据。     

耐热黑曲霉3.316菌株全基因组测序及分析

黑曲霉3.316是一株耐热型丝状真菌,最高生长温度达47℃,在工业发酵中有着巨大的应用潜力.为了更加充分地在工业发酵中利用其耐热特性,需要对菌株信息进行全面了解.通过PacBio Sequel测序平台的CLR测序方式对黑曲霉3.316菌株进行全基因组测序.结果表明,基因组最后得到15个contigs,总长度为34 95...     

复杂基因组测序技术研究进展

复杂基因组指的是无法使用常规测序和组装手段直接解析的一类基因组,通常指包含高比例重复序列、高杂合度、极端GC含量、存在难消除异源DNA污染的基因组。为了解决复杂基因组的测序和组装问题,需要分别从基因组测序实验方法、测序技术平台、组装算法与策略3个方面进行深入研究。本文详细介绍了复杂基因组测序组装相关的现有技术与方法,并结合复杂基因组经典实例介绍了复杂基因组测序的技术解决途径和发展历程,可为制订合适的复杂基因组测序策略提供参考。     

基于高通量测序的全基因组关联研究策略

全基因组关联研究（Genome-wide association study, GWAS）是人类复杂疾病研究的重要组成部分之一,在群体水平检测全基因组范围的遗传变异与可观测性状间的遗传关联。传统的GWAS是以芯片（Array）技术获得高密度的遗传变异,尽管硕果累累,但也存在不少问题。如：所谓的“缺失的遗传力”,即利用关联分析检测达到全基因组水平显著的遗传变异位点只能解释小部分遗传力;在某些性状上不同研究的结果一致性较弱;显著关联的遗传变异位点的功能较难解释等。高通量测序技术,也称第二代测序（Next-generation sequencing, NGS）技术,可以快速、准确地产出高通量的变异位点数据,为解决以上问题提供了可行的方案。基于NGS技术的GWAS方法（NGS-GWAS）,可在一定程度上弥补传统GWAS的不足。文章对NGS-GWAS策略和方法进行了系统性调研,提出了目前较为可行的NGS-GWAS的实施策略和方法,并对NGS-GWAS如何应用于个体化医疗（Personalized medicine, PM）进行了展望。     

致病性大肠杆菌全基因组测序及毒力基因分析

为了研究导致致病性大肠杆菌致病力差异的主要因素,本试验以分离自仔猪腹泻样的五株致病性大肠杆菌(P211、P555、P32、P444和P111)和两株参考大肠杆菌(S10670、E24190)为实验材料,通过小鼠感染试验鉴别菌株的致病力,并对菌株进行全基因组测序,分析菌株基因组.结果显示,强毒株S10670和E24190...     

耐草甘膦菌株Pantoea rodasii S1536全基因组测序及比较基因组分析

耐草甘膦菌株泛菌属S1536 (Pantoea rodasii S1536)是从草甘膦污染土壤中分离筛选出来的一种革兰氏阴性菌,对草甘膦的抗性能高达400 mmol/L。本研究首次通过PacBio RSII平台对泛菌属S1536进行全基因组测序,使用SMRT portal软件对reads进行组装,获得10个contigs,最终获得高质量且无间隔的泛菌属S1536基因组包含1条染色体和2个质粒,序列全长为5.16 Mb,其GC含量为55.16%。本研究进一步对基因组序列进行基因预测与功能注释、COG和GO聚类分析,预测了次级代谢产物合成基因簇及草甘膦抗性机制,最终得到编码基因有4 843个,4 656个蛋白获得COG功能注释,预测到2个NRPS类基因簇、1个thiopeptide类基因簇和1个hserlactone-arylpolyene类基因簇。莽草酸代谢途径关键酶EPSP合酶基因分析表明,泛菌属S1536中的EPSP合酶属于ClassⅠ型EPSPS。根据已报道的3株同一种Pantoea rodasii strain ND03、Pantoea rodasii strain DSM 26611和Pantoea rodasii strain LMG 26273的基因组信息进行全基因组关联比较分析,结果显示4株菌虽然属于同一种,但在进化中产生了较大差异。相关研究结果将为泛菌属S1536功能基因组学研究、耐除草剂机制的研究及耐除草剂基因的挖掘提供基础数据。     

新一代测序技术的研究进展

大规模DNA测序技术是揭秘人类和其它生物遗传密码的重要技术,在分子生物学和基础医学领域有广泛应用。第二代测序技术的出现使DNA测序的通量大幅提高,测序的成本大幅下降,原来只有在大型测序中心才能完成的测序任务现在已经可以在更多的实验室展开。但是,早期的第二代测序技术仍然存在诸如文库构建过程复杂、测序成本依然较高等缺点。为了克服上述缺点,近三年发展了几种新的第二代和第三代测序技术,这些技术不仅继承了早期第二代测序技术通量高的优点,而且在文库构建等方面取得了重要突破,进一步简化了测序操作,降低了测序成本,缩短了测序时间。本文就几种最新的大规模测序技术的原理、特点与发展趋势进行简要介绍。     

牛全基因组高通量测序技术研究进展

现代科技迅速发展的今天,无疑是分子生物学的世界。基因组测序是对生物的遗传结构进行分析的一种技术。作为一项尤为重要的生物技术。在近几年来得到了迅猛的发展以及应用,并取得了跨越性的进展,在很多领域取得了革命性的成就。无论是在人类疾病的防治,还是在畜牧遗传育种发面都发挥着重要的作用。本综述主要介绍了第一代测序技术、第二代测序技术以及第三代测序技术的原理,并对三者的优缺点进行了比较说明,还分别阐述了全基因组高通量技术在肉牛的起源、遗传育种与优良性状的选育和奶牛的疾病防治、生产性能的提高等方面的研究进展,对当下的高通量测序技术存在的问题进行了讨论,并对其未来进行了展望。     

金针菇基因组测序与组装策略分析

采用二代和三代测序技术分别对金针菇单核体菌株“6-3”进行测序,应用4种组装策略进行基因组的de novo组装,对比组装效果。基因组组装的参数方面,仅使用二代测序组装的效果最差,长度大于10kb的Contig全长只有24.6Mb,Contig N50只有23kb,组装率只有59.27%。采用三代组装二代校正的组装策略效果最好,长度大于10kb的Contig全长为38.3Mb,Contig N50为2.8Mb,组装率高达92.16%。保守单拷贝基因拼接效果方面,4种组装策略获得基因组序列与BUSCO数据库里的担子菌的保守单拷贝基因比对,基因完整性均大于94%。在组装准确性方面,经过PCR扩增、Sanger测序验证,三代组装二代校正的基因组序列完整并且连续,同时序列上碱基的SNP、InDel数量最少。综上所述,三代组装二代校正得到的基因组序列具有Contig N50值大、组装率高、碱基准确性高的特点,是食用菌基因组测序较为理想的方案。     

六妹羊肚菌PacBio基因组测序和DNA 6mA甲基化分析

羊肚菌属于子囊门真菌,是世界范围内最受欢迎的食用菌之一。本研究通过PacBio单分子实时测序技术对我国四川省成功栽培的六妹羊肚菌Morchella sextelata SCLS菌株进行全基因组测序,获得其高质量核基因组组装,大小为53.57Mb,重复序列含量为17.03%,包含42条重叠群（contigs）,重叠群N50高达1.82Mb,其中13条重叠群两端均含有端粒重复序列,为完整的染色体。通过链特异性RNA-seq测序和转录本拼接,并结合多种基因预测策略,预测到13 182个蛋白编码基因,包括267个碳水化合物活性酶,11个次生代谢产物合成基因簇。通过与内蒙古地区栽培的六妹羊肚菌菌株NZTD180501373基因组比较发现,六妹羊肚菌进化过程中可能发生过染色体重组事件,二者具有33 055个SNP和48 726个InDel位点差异,并且各自拥有超过6Mb的特有序列。此外,相比于梯棱羊肚菌M. importuna,六妹羊肚菌SCLS菌株中与逆转录转座酶有关的orthogroup发生了扩张,并且拥有5个成员数超过100的特有逆转录转座酶基因家族。对SCLS菌株中的DNA N⁶腺嘌呤甲基化（6mA）修饰进行了鉴定,发现SCLS菌株基因组中0.42%的腺嘌呤被6mA甲基化,其含量显著高于已报道的6种双核亚界（Dikarya）真菌。6mA甲基化位点在逆转录转座子上显著富集,表明六妹羊肚菌中6mA甲基化可能调控逆转录转座子的活性,这也是首次在真菌中报道6mA甲基化与转座子相关。     

梯棱羊肚菌MT1全基因组测序及分析

梯棱羊肚菌MT1是在辽宁省大面积栽培的菌株.目前我国羊肚菌的种植区主要分布在川渝地区,能够在东北地区大面积种植的菌株极少,限制了东北地区羊肚菌产业的发展,因此需要对能够在东北地区大量栽培种植的羊肚菌菌株的基因信息进行全面了解.通过PacBio Sequel测序平台的CLR测序方式对羊肚菌菌株MT1进行全基因组测序,并对...     

DNA测序技术比较

自从1953年,J.D.Watson和F.H.C.Crick发现DNA的双螺旋模型之后,DNA测序技术随着科学的进步得到了迅猛发展.1977年Sanger[1]发明DNA双脱氧末端终止测序技术,Maxam与Gilbert[2]发明利用化学降解法进行测序的技术,2种测序技术被誉为DNA测序技术的始祖.随后,在第1代DNA测序技术的基础上,相继出现了第2代测序技术、基因芯片技术以及第3代测序技术.总结并展望了每一代测序技术及基因芯片技术的诞生、原理及应用前景,为利用测序技术研究基因表达提供理论基础和实验依据.     

第三代测序技术的主要特点及其在病毒基因组研究中的应用

随着基因测序技术的创新和应用,新的高通量测序技术不断涌现,以Pacific Biosciences(PacBio)公司的单分子实时测序(single molecule real time sequencing)为代表的第三代测序(third generation sequencing,TGS)技术开始逐渐应用于基因组研究,包括大型基因组拼装、基因结构变异和表观遗传研究等方面。本文主要对TGS技术的原理、特点和应用,特别是在病毒研究中的应用进行介绍,并与第二代测序(next generation sequencing,NGS)技术进行比较,为基因组测序技术的选择及其临床应用提供一定参考。     

基于三代测序的大秃马勃的rDNA ITS鉴定及其基因组生物信息学分析

【背景】马勃是著名的传统可食用药用真菌,具有多种药理作用,包括抗菌、抗炎、止咳、抗肿瘤和抑制细胞增殖等。目前关于马勃的研究多集中在活性物质的分离提取及其药理药效上,而对马勃基因组遗传信息知之甚少。【目的】获得马勃真菌的基因组遗传信息,挖掘潜在具有工业应用价值的功能基因。【方法】联合使用Illumina二代测序技术和PacBio三代测序技术进行基因组测序,并综合使用多种数据库进行基因组结构分析和基因注释,包括GO注释。基于基因组信息,使用rDNAITS序列进行马勃真菌物种鉴定,并使用dbCAN和antiSMASH进行碳水化合物活性酶和次级代谢物基因簇的鉴定。【结果】测序获得大小为46.04 Mb基因组,有11 903个蛋白编码基因,包括6 634个GO注释基因。基于基因组中的rDNA ITS序列信息将该菌鉴定为大秃马勃(Calvatia gigantea),分析了麦角甾醇和萜类合成相关基因25个,鉴定出317个碳水化合物酶和18个次级代谢物生物合成基因簇,并发掘出1个潜在的、可分泌的抗丹宁α-淀粉酶。【结论】获得一株马勃真菌基因组,并发掘出潜在的食品工业应用价值的抗丹宁α-淀粉酶和多个新的次级代谢物合成基因簇。这将为马勃真菌遗传进化、功能基因组学研究,以及其在食品工业应用和次级代谢物的药用价值开发提供重要的遗传信息基础。