弯曲菌基因组学的研究进展

弯曲菌是世界范围内引起细菌性胃肠炎疾病的重要人兽共患病原菌,对公众健康造成严重威胁,其流行、传播、扩散的复杂性与基因组的高变异有关。全基因组测序(WGS)是一种基于基因水平的快速简便工具,可快速准确地进行物种鉴定、分析不同个体基因组间的差异、预测细菌耐药和毒力基因以及预测种群演化模型等。本文旨在对近年来全基因组测序在弯曲菌基因组学中的应用展开综述,以期为弯曲菌的流行和防控提供依据。     

高等植物基因组测序回顾与展望

全基因组序列测定为揭示植物重要性状形成的分子和遗传机制提供了强大工具,基因组学研究正开始指引着农作物新品种培育向定向化和精确化转变.在新一代测序技术的带动下,植物全基因组测序的热潮已经到来.对迄今开展的高等植物基因组测序工作进行简要回顾,并对未来的研究热点进行展望.     

全基因组外显子测序及其应用

近年来,众多研究小组开展了大量的全基因组关联研究(Genome-wide association studies,GWAS),发现并鉴定了许多与复杂疾病/性状相关联的遗传变异,为复杂疾病发病机制的研究提供了重要线索。由于GWAS的结果存在假阳性、假阴性、检测到的单核苷酸多态性很少位于功能区以及对稀有变异和结构变异不敏感等问题,导致了其应用的局限性。而新一代测序技术的进步,促进了全基因组测序和全基因组外显子测序的快速发展,为解决上述问题提供了契机。全基因组外显子测序是利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。由于其具有对常见和罕见变异高灵敏度,能发现外显子区绝大部分疾病相关变异以及仅需要对约1%的基因组进行测序等优点,促使全基因组外显子测序成为鉴定孟德尔疾病的致病基因最有效的策略,也被运用于复杂疾病易感基因的研究和临床诊断中。     

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。     

落叶松-杨栅锈菌基因复制事件及共线性分析

落叶松-杨栅锈菌是一种分布广且危害严重的林木病原真菌。了解基因组内发生的基因复制事件及基因组间的共线性关系,能为最终理解落叶松-杨栅锈菌适应性进化等生物学问题提供帮助。落叶松-杨栅锈菌全基因组水平上基因复制相关研究未见报道,共线性研究报道也较少。本研究利用落叶松-杨栅锈菌全基因组序列分析其基因复制模式。结果表明,落叶松-杨栅锈菌转座复制基因的数目远高于片段复制基因、串联复制基因及相邻复制基因。落叶松-杨栅锈菌基因组内不存在大规模的片段复制,且基因年龄法显示节点同义替换率分布图上没有峰形出现,推断该锈菌未发生全基因组复制。富集分析显示不同类型复制基因富集于不同的功能条目,如串联复制基因富集于碳水化合物的转运和代谢而转座复制基因富集于次生代谢物合成、代谢与分解。共线性分析显示落叶松-杨栅锈菌与松栎柱锈菌及小麦条锈菌的共线性程度均较低,3种锈菌间存在1个共同的共线性区域,该保守区域包含6个基因,其中1个可能编码小分泌蛋白的基因值得关注。     

单细胞自由生物基因组全序列的测定和比较基因组研究

近几年来五种单细胞生物的基因组计划得以完成。本文介绍了从五种生物的全基因组序列获得的一些成果,包括全基因组鸟枪法测序、基因组分析和新比较基因组等三个方面,并对生物基因组计划的研究方法作一些探讨。     

海南省三亚市15例新冠病毒Omicron变异株BA.5.1.3亚型的基因组特征分析

本文选取15例SARS-CoV-2感染病例的鼻咽拭子样本,采用新冠病毒全基因组三代Nanopore测序技术进行全基因组测序并对病毒的变异位点进行分析;结果显示,15株病毒均为BA.5.1.3变异株（Omicron）,NextStrain进化分析为22B。15株毒株共同发现了71个核苷酸突变位点,氨基酸的变异位点有54个,其中存在相同的16个同义突变。15株毒株具有5个特有的核苷酸变异,4个特有的氨基酸变异位点,个别毒株还具有其他突变位点。这是中国境内首次发现Omicron BA.5.1.3变异株,此变异株存在引发本地的流行和暴发风险,需要严密持续的对境外输入病例进行流行病学调查和病毒基因分子特征分析。本研究构建测序方法和分析结果可用于新冠病毒的变异分析和病例溯源,对新冠疫情防控具有重要意义。     

NGS技术在作物基因组研究中的应用

新一代测序技术(Next-generation sequencing,NGS)在阐明复杂和高度重复的基因组结构,DNA序列与基因组结构变异同重要农艺性状之间的关系等方面具有重要作用。从NGS系统的开发与作物基因组测序,NGS与转录组分析,NGS与全基因组关联图谱,及SNPs开发与预测育种等方面,综述了NGS技术在作物基因组研究中的应用,可为作物基因组研究提供理论基础。     

全基因组测序及其在遗传性疾病研究及诊断中的应用

最近,随着测序成本的不断降低,数据分析策略的不断提升,全基因组测序（whole-genome sequencing,WGS）已经在癌症、孟德尔遗传病、复杂疾病的致病基因检测中得到了一定运用,并逐步走向了临床诊断。全基因组测序不但可以检测编码区和非编码区的点突变（SNVs）和插入缺失（InDels）,还可以在全基因组范围内检测拷贝数变异（copy number variation,CNV）以及结构变异（structure variation,SV）。本文详细地介绍了全基因组测序的标准生物信息分析流程与方法,及其在疾病研究、临床诊断中的应用,并对全基因组测序在医学遗传学中的应用与研究进展,以及数据分析方面面临的挑战进行了概述。     

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。     

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。     

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。     

比较分析草菇与其他真菌直系同源基因的关系

担子菌类的食用菌种类多、价值高、产量大,然而其产业的升级发展需要对食用菌生长发育相关生物学问题进行深入解析。目前多种食用菌完成了全基因组测序,然而作为非模式种其与模式丝状真菌间的直系同源基因目前尚缺乏全基因组水平的系统研究,在一定程度上限制了其分子生物学研究的深入。本研究以草菇为参照物种,将其与几种食用菌和模式丝状真菌进行两两直系同源基因分析,并对多物种间不同类型的直系同源基因进行功能富集。结果显示：一对一直系同源基因较多富集于基因复制、转录、翻译、修饰、加工等保守的基本功能类别;非一对一直系同源基因多属于基因家族,且包含了65%的转录因子,功能上富集在碳水化合物、脂质、氨基酸、次生代谢物及外源物质的代谢通路。无直系同源基因则较多富集在与基因重组、修复、信号转导相关的功能类别、特导性转录因子以及未知的预测基因。结果为食用菌分子生物学的深入研究提供有价值的参考。     

藻类植物叶绿体基因组研究进展

藻类植物的cpDNA结构复杂,普遍缺失反向重复序列IR,且存在IR的藻类植物种类的cpDNA也有IR变短退化迹象.藻类植物的cpDNA包含的基因一般比高等植物要多,编码能力更强.藻类植物cpDNA全序列的测定方法主要是Fosmid文库构建,配合使用Long-PCR技术.该文对国内外有关藻类植物叶绿体基因组结构、叶绿体编码基因、叶绿体基因组在藻类系统发育中的应用以及藻类植物叶绿体基因组的提取和序列测定方法等进行综述,为藻类植物的系统发育和叶绿体起源以及功能基因组学的研究提供理论依据.     

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。     

蚯蚓基因组学的研究进展: 基于全基因组及线粒体基因组

蚯蚓被喻为土壤中的“生态系统工程师”, 具有高度的多样性且在全世界都有分布, 被用作土壤健康的指示生物。蚯蚓具有极强的环境适应能力, 在不断适应的过程中促进了自身基因组的进化。本文对近年来蚯蚓全基因组以及线粒体基因组的研究进展进行了综述。蚯蚓全基因组的测序、拼装和分析为研究蚯蚓生态学、污染物对蚯蚓致毒的分子机制、免疫防御的分子机制、蚯蚓再生的分子机制等奠定基础。而线粒体基因组多应用于蚯蚓分子系统发育方面的研究, 目前已有多种蚯蚓通过线粒体基因组测序完成了物种的鉴定。本文建议今后重点开展以下几方面的研究: (1)针对现有的4种蚯蚓全基因组测序结果, 进一步进行比较基因组学、进化基因组学和功能基因组学的研究。(2)完善不同种蚯蚓的基因文库和表达序列标签。(3)建立线粒体基因组、全基因组与蚯蚓物种多样性的关联分析。     

中国人群参考基因组及基因组变异图谱资源库

随着人类基因组计划和国际千人基因组计划的实施,已公开数百个中国人个体的全基因组数据。建立高精度的中国人群参考基因组序列,发现并解析中国人群特有的序列变异,是我国未来精准医学研究的基础。为满足未来精准医学研究中国人基因组数据持续增长的科学管理和深入研究的需求,中国科学院北京基因组研究所发展并建立了基于中国人群全基因组测序数据的虚拟中国人基因组数据库(Virtual Chinese Genome Database, VCGDB)和中国人群基因组变异数据库(Genome Variation Map, GVM),面向国内外用户提供数据检索、共享、下载和在线分析服务。本文重点介绍了这两个数据库的特点和功能,以及未来发展与应用前景,以期为中国人群参考基因组及基因组变异图谱资源库的推广使用、发展完善提供有益信息。     

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。     

Alternative Approaches to Genome Mapping and Sequencing

The main methods used for large-scale mapping of the human and other genomes are reviewed. These methods comprise two procedures of random mapping/sequencing and an approach using linking and jumping libraries. Importantly, no method used up to now has proved efficient in comparative genome analysis. A new method is presented basing on slalom libraries. These libraries provide 10–100 times higher efficiency and may be used for mapping and sequencing whole genomes by small research groups.