全基因组测序在重要家畜上的研究进展

全基因组测序研究主要包括通过不同测序技术和组装比对方法,获得某物种的全基因组序列图谱,及在此基础上构建物种全基因组遗传变异图谱进行个体或群体遗传多样性、选择信号或起源进化等方面的研究。利用单核苷酸多态性(SNP)、插入和缺失(Indel)和拷贝数变异(CNV)等遗传变异作为分子标记,全基因组测序研究已经在家畜起源进化、驯化、适应性机制、重要经济性状候选基因、群体历史动态等方面取得了许多重要的研究成果。本文主要对近几年全基因组测序在常见家畜(猪、马、牛、羊等及其近缘物种)的取得的重要研究成果进行了综述,并讨论了全基因组测序的优势、缺点及在生产中意义。此外,对基因组测序研究的未来发展进行了归纳及展望,以期为今后家畜重要经济性状的功能基因定位和物种起源、驯化研究提供参考。     

高通量测序技术在农作物全基因组序列测定中的应用概览

近几年飞速发展的高通量测序技术(next generation sequencing,NGS)在生命科学研究的各个领域充分展现了其低成本、高通量和应用面广等优势。在现代农业生物技术领域,利用高通量测序技术,科学家们不仅能更经济而高效对农作物、模式植物或不同栽培品种进行深入的全基因组测序、重测序,也可以对成百上千的栽培品种进行高效而准确的遗传差异分析、分子标记分析、连锁图谱分析、表观遗传学分析、转录组分析,进而改进农作物的育种技术,加快新品种的育种研究。其中,获得农作物的全基因组序列是其他研究和分析的基础。本文通过介绍近年来发表的一些利用高通量测序技术进行的农作物全基因组测定和组装的工作,展示高通量测序技术在现代农业生物技术领域的广泛前景以及其建立起来的研究基础。     

家鸡全基因组测序研究进展

鸡具有独特的生物学特性。全基因组测序是即对一种生物的基因组中的全部基因进行测序,主要包括de novo测序和全基因组重测序。近年来,由于测序技术的飞速发展,鸡全基因组研究取得了很多重要的进展,为解释鸡的生物学特性和缩短分子育种周期发挥了重要作用。重点阐述了不同品种鸡全基因组de novo测序的完成、全基因组重测序技术在解析品种遗传多样性、揭示进化机制、质量性状遗传机制广泛应用,讨论了鸡全基因组测序工作存在的问题及其展望,旨在为家鸡种质资源的改良和分子育种提供重要的参考资料。     

微卫星分子标记及其在动物遗传育种中的研究进展

微卫星分子标记在基因组中具有含量丰富、多态性、共显性和易于检测等优点,是动物遗传育种应用中一种重要的分子标记技术。随着科学技术的飞速发展,微卫星标记的研究方法也日新月异:生物信息学技术的兴起使得微卫星位点的获得越来越方便;高通量测序技术的成熟使得开发新微卫星标记更加简单高效;自动化的序列分析仪器使得微卫星DNA的检测越来越快速准确;同时微卫星标记的应用范围也越来越广泛,其功能的开发正逐渐从刚开始的个别位点研究转变到全基因组微卫星分析。本研究简单介绍了微卫星分子标记的特点,重点综述了目前微卫星分子标记的获得、开发和筛选方法,及其在动物遗传育种中的应用,将为微卫星分子标记的研究提供理论支持。     

羊重要性状全基因组关联分析研究进展

全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)是一种复杂性状功能基因鉴定的分析策略,已成为挖掘畜禽重要经济性状候选基因的重要手段。随着绵羊和山羊基因组完成和公布,以及不同密度的SNP (single nucleotide polymorphism)芯片的推出并进行商业化推广,不仅大大丰富了羊标记辅助选择可利用的分子标记,而且还为开展重要性状的分子机理的探索提供了重要技术支撑。本文主要针对羊角、羊毛、羊奶、生长发育、肉质、繁殖和疾病等重要性状的GWAS研究所用的群体、主要研究方法和研究结果进行了综述,并对GWAS方法研究现状进行了归纳,以期为进一步利用GWAS进行羊的各种性状的遗传基础研究提供参考。     

桃基因组及全基因组关/联分析研究进展

桃(Prunus persica [L.] Batsch)是蔷薇科重要的核果类果树, 适应性强, 栽培范围广, 果实口感好, 深受消费者喜欢。提高桃果实品质及增加抗病、抗虫性一直是桃遗传育种者关注的焦点。文章对近年来桃遗传分子标记连锁图谱和物理图谱构建、分子标记开发应用、全基因组和转录组测序工作中所取得的最新成果进行综述, 同时阐述了高密度SNP芯片标记技术在桃以及其它作物上所开展的全基因组关联分析应用实例, 为桃进一步开展全基因组关联分析, 挖掘目标性状QTLs以及高效育种选择标记提供理论基础     

濒危植物羊踯躅全基因组SSR标记开发与鉴定研究（英文）

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7.653Gbp,过滤后为7.513Gbp;经组装发现,羊踯躅171.534Mbp的基因组分布在498 252contigs中。(2)通过SSR检测,在11 961SSR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(He)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。     

长江流域野生拟南芥种群QTL作图平台的建立

对模式植物的研究不仅能揭示众多具有普遍规律的生物现象,而且能为其它植物物种,特别是与人类生活紧密相关的经济植物提供具有借鉴与参考意义的研究方法。QTL遗传作图是寻找那些影响不同地域植物自然变异等位基因的传统且有效的工作方法。对不同分化时长和不同遗传背景的植物种群,有针对性地开发特异的分子标记,一直是QTL遗传作图工作的重要内容。该研究利用二代测序技术得到的全基因组重测序结果,根据其中鉴定到的结构变异(SV)多态性设计引物,开发了针对分化时间短、多态性位点少的中国长江流域野生拟南芥(Arabidopsis thaliana)种群的QTL作图分子标记平台,得到了有效适用的结果,该方法不仅在模式植物拟南芥中适用,而且也适用于其它植物。     

一种基于多重PCR的人类线粒体基因组高通量测序方法

人类线粒体基因组DNA(mtDNA)是一个16569 bp的双链闭合环状DNA分子,具有母系遗传、多拷贝、高异质性及高变异率等特点,是研究人类遗传和进化上广泛使用的分子标记.近几年,高通量测序技术的出现,使得在短时间内准确测定mtDNA序列成为可能;但目前常用的高通量测序建库方法操作复杂、研究费用相对较高.基于多重PCR扩增的测序方法具有高效率、高灵敏度、低成本的特点,因而适用于大规模线粒体基因组的变异检测分析.利用73个相互重叠的扩增子通过多重PCR方法来扩增中国人的线粒体全基因组,在扩增片段两端连接特定的接头序列,然后在IlluminaHiSeq X Ten平台上进行高通量测序.对获得的测序数据分析发现,mtDNA每个位点的测序深度均达到2000×以上;当测序深度为100×时,所有样本的序列覆盖度都达到100%;数据质量适用于后续的变异检测分析.利用本研究建立的基于多重PCR的二代测序方法无需片段化即可直接上机测序,在复杂遗传病的研究中有着广泛的应用前景.     

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.     

SNP分子标记及其在木本植物遗传育种的应用

木本植物因其生命周期长、基因组杂合度高、基因组较大、遗传背景不清晰等特性,制约了其研究进程。随着现代生物技术的发展,DNA分子标记技术在木本植物研究领域的应用越来越多,其中单核苷酸多态性(SNP)作为第三代分子标记技术以其高效、快速、稳定、可靠等诸多优点得到广泛应用。本文简述SNP标记的特点、开发方法、检测方法及其在木本植物遗传多样性和亲缘关系分析、品种鉴定、连锁图谱构建和辅助育种等方面的研究进展,为更好地应用SNP技术开展木本植物研究提供参考。     

泛基因组及其在植物功能基因组学研究中的应用

参考基因组是现代功能基因组学的核心框架,以此为基础的现代基因组学技术在过去20年对植物遗传变异发掘、功能基因克隆等研究起了巨大的推动作用.然而,越来越多的研究发现,单一或少数参考基因组不能完整代表和呈现物种或特定群体内的所有基因组变异,因此其在功能基因组学研究中应用存在很大的局限性,甚至会导致错误的结果.泛基因组是指物...     

泛基因组研究在遗传多样性和功能基因组学中的应用

相对于单个参考基因组仅聚焦于个体遗传信息的挖掘,泛基因组研究则能够反映整个物种或类群全部的遗传信息。随着基因组测序和分析技术的不断发展,泛基因组学逐渐成为新的研究热点,并已在植物、动物和微生物多个物种中获得了广泛应用,为全面解析物种或类群水平的遗传变异和多样性、功能基因组和系统进化重建等研究提供了强有力的工具,取得了很多显著的研究成果。尽管如此,由于泛基因组学研究尚处于发展阶段,测序费用和分析成本仍然较高,难以广泛普及; 且存在分析标准不一、数据挖掘不够全面深入、理论难以应用于生产实际等尚待解决的问题,仍有较大的发展空间。该文系统总结了泛基因组在生物遗传多样性挖掘和功能基因组学中的研究进展,主要包括其在泛基因组图谱的构建、基因组变异和有利基因的发掘、功能基因的多态性、群体遗传多样性和系统进化等多个领域中的应用和研究,探讨了其在不同领域的应用潜力。同时,讨论了目前泛基因组研究中存在的局限性和可能的解决方法,并对其将来的发展前景进行了展望。     

Linking genotypes to phenotypes and fitness: how mechanistic biology can inform molecular ecology

The accessibility of new genomic resources, high‐throughput molecular technologies and analytical approaches such as genome scans have made finding genes contributing to fitness variation in natural populations an increasingly feasible task. Once candidate genes are identified, we argue that it is necessary to take a mechanistic approach and work up through the levels of biological organization to fully understand the impacts of genetic variation at these candidate genes. We demonstrate how this approach provides testable hypotheses about the causal links among levels of biological organization, and assists in designing relevant experiments to test the effects of genetic variation on phenotype, whole‐organism performance capabilities and fitness. We review some of the research programs that have incorporated mechanistic approaches when examining naturally occurring genetic and phenotypic variation and use these examples to highlight the value of developing a comprehensive understanding of the relationship between genotype and fitness. We give suggestions to guide future research aimed at uncovering and understanding the genetic basis of adaptation and argue that further integration of mechanistic approaches will help molecular ecologists better understand the evolution of natural populations.     

Genome‐wide variation within and between wild and domestic yak

The yak is one of the few animals that can thrive in the harsh environment of the Qinghai‐Tibetan Plateau and adjacent Alpine regions. Yak provides essential resources allowing Tibetans to live at high altitudes. However, genetic variation within and between wild and domestic yak remain unknown. Here, we present a genome‐wide study of the genetic variation within and between wild and domestic yak. Using next‐generation sequencing technology, we resequenced three wild and three domestic yak with a mean of fivefold coverage using our published domestic yak genome as a reference. We identified a total of 8.38 million SNPs (7.14 million novel), 383 241 InDels and 126 352 structural variants between the six yak. We observed higher linkage disequilibrium in domestic yak than in wild yak and a modest but distinct genetic divergence between these two groups. We further identified more than a thousand of potential selected regions (PSRs) for the three domestic yak by scanning the whole genome. These genomic resources can be further used to study genetic diversity and select superior breeds of yak and other bovid species.     

植物基因组编辑检测方法

以CRISPR/Cas9技术为代表的基因组编辑在生物领域的革命性应用使得生命科学研究迈入新篇章。该技术以其灵活性、易用性且扩展性强等优势,大大加快了基因工程研究,也加速了植物分子育种的步伐。但是,遗传转化过程中产生大量潜在的基因编辑植株,使得早期高通量快速筛选和检测目标编辑植株面临很大挑战。本文综述了近年来植物基因组编辑检测的各种方法,比较了其优缺点和适用范围;同时,还对近几年植物基因组编辑检测方法的发展趋势进行了深入分析和展望,以期对基因组编辑技术在植物中的应用提供参考。     

分子标记在绿豆遗传连锁图谱构建和基因定位研究中的应用

绿豆(Vigna radiata(L.)Wilczek)作为一种医食两用作物,不仅是重要的食物资源,在改善土壤环境、提高农民收入等方面也发挥着重要作用。然而,相对于大宗作物而言,绿豆基础研究薄弱,基因组研究更是落后。近年来,分子标记技术迅速发展,在绿豆基因组学研究中发挥了重要的作用。国内外利用分子标记技术已构建了超过20张绿豆遗传连锁图谱。一些优良基因尤其是与抗性相关的基因被鉴定或精细定位,为绿豆分子标记辅助选择打下基础,加快了抗性新品种的培育进程。本研究通过对分子标记技术在绿豆遗传连锁图谱构建、重要功能基因的定位等方面的应用进行综述,以期为绿豆遗传育种研究及功能基因组学分析提供参考。     

AFLP Fingerprinting for Assessing Intraspecific Variation and Genome Mapping in Mites

Molecular genetic techniques have come a long way in the last decade. With the advent of PCR, genetic markers are now accessible for all organisms, including mites. However, there is usually a trade-off between the accuracy of the molecular technique or genetic marker and expediency. In mites, many molecular techniques are not applicable due to their small size. Here we describe a relatively new molecular fingerprinting technique, amplified fragment length polymorphism (AFLP), which is currently used widely in plant genomic research. We outline the AFLP procedure adapted for mites, show results using this technique from our own research and discuss the benefits and limitations of AFLPs for assessing genetic variation and for genome mapping. It is our intention to highlight the possible use of AFLPs as genetic markers with a broad application in acarological research.     

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。