毛竹基因组大小测定

毛竹(Phyllostachys edulis)属禾本科(Poaceae)竹亚科(Bambusoideae)刚竹属(Phyllostachys), 是我国分布和栽培面积最大的经济竹种, 有着广泛的开发前景。本实验以水稻(Oryza sativa)为内标, 用流式细胞仪对水稻和竹子样品的PI发射荧光强度进行测定, 通过比较水稻与毛竹样品峰值的倍数关系, 计算出毛竹的基因组大小。对24组样品进行重复测试, 测得毛竹基因组大小为 2 075.025±13.08 Mb, 即2 C DNA含量为4.24 pg(以1 pg DNA = 0.978×109 bp计算)。毛竹基因组大小测定为毛竹基因组文库的建立及其基因组学研究奠定了重要基础。     

毛竹基因组大小测定

毛竹（Phyllostachys edulis）属禾本科（Poaceae）竹亚科（Bambusoideae）刚竹属（Phyllostachys）,是我国分布和栽培面积最大的经济竹种,有着广泛的开发前景。本实验以水稻（Oryza sativa）为内标,用流式细胞仪对水稻和竹子样品的PI发射荧光强度进行测定,通过比较水稻与毛竹样品峰值的倍数关系,计算出毛竹的基因组大小。对24组样品进行重复测试,测得毛竹基因组大小为2075.025±13.08Mb,即2C DNA含量为4.24pg（以1pg DNA=0.978×10^9bp计算）。毛竹基因组大小测定为毛竹基因组文库的建立及其基因组学研究奠定了重要基础。     

崖壁植物太行菊与长裂太行菊全基因组大小及特征分析北大核心CSCD

太行菊(Opisthopappus taihangensis)、长裂太行菊(O.longilobus),为太行山特有多年生崖壁草本植物,菊科(Compositae)重要野生资源,具有较高的经济与生态价值。为确定适合两物种的全基因组测序策略,该研究利用流式细胞法和高通量测序技术,分析两物种基因组大小、杂合率、重复序列及GC含量等信息。结果表明:(1)流式细胞法估算太行菊基因组大小约为2.1 Gb,长裂太行菊基因组大小约为2.4 Gb。(2)高通量测序修正后太行菊基因组大小为3.13 Gb,重复序列比例为84.35%,杂合度为0.99%,GC含量为36.56%;长裂太行菊基因组为3.18 Gb,重复序列比例为83.83%,杂合度为1.17%,GC含量为36.62%。(3)初步组装后GC含量分布及平均深度存在异常,出现分层现象,可能是两物种基因组杂合率较高所致。综上结果表明,太行菊、长裂太行菊均属于高重复、高杂合、大基因组的复杂基因组,建议使用Illumina+PacBio测序组装策略,进行全基因组测序分析。     

基于流式细胞术和K-mer分析的银缕梅属(Parrotia C.A.Mey.)植物基因组大小测定

金缕梅科(Hamamelidaceae)银缕梅属(Parrotia C.A.Mey.)仅包含银缕梅(Parrotia subaequalis(H.T.Chang)R.M.Hao&H.T.Wei)和波斯铁木(Parrotia persica(DC.)C.A.Mey.)两种落叶阔叶乔木,其中银缕梅是我国华东地区特有的Ⅰ级濒危珍稀保护植物,属东亚第三纪孑遗成分;其姊妹种波斯铁木则间断分布于伊朗北部,属北极第三纪孑遗植物类群。本研究首次利用流式细胞术和K-mer分析方法对银缕梅属两姊妹种的基因组大小进行了测定,建立和优化了以萝卜(Raphanus sativus L.‘Saxa’)为内标、WPB(Woody plant buffer)为细胞核解离液的两种植物单倍体基因组的DNA含量(DNA C值)流式测定的适宜体系,旨在为金缕梅科银缕梅属植物的全基因组测序、基因组学研究、种质资源开发和利用以及物种保育等提供前期基础数据参考;同时也可为金缕梅科其他属、种的基因组大小测定提供借鉴。主要研究结果如下:(1)通过流式测定银缕梅基因组大小约为971.45±13.91 Mb,波斯铁木基因组大小约为890.52±24.69 Mb;(2)K-mer分析估测银缕梅基因组大小为951.70 Mb,杂合率为1.740%,重复序列比例为77.50%;波斯铁木基因组大小为858.50 Mb,杂合率为0.695%,重复序列占74.30%;(3)银缕梅属于高杂合和高重复基因组,波斯铁木则属于微杂合和高重复基因组。本研究的结果为银缕梅属植物后续基于DNA三代高通量测序技术的全基因组测序、组装及去冗余处理等工作提供了重要的数据参考。     

甘薯属耐盐植物马鞍藤基因组大小及特征分析

马鞍藤(Ipomoea pes-caprae(L.)R. Br.)是甘薯的近缘野生种之一,为热带、亚热带海滩生长的多年生藤蔓植物,作为沿海地区的园林绿化植物之一,具有较强的耐盐性。马鞍藤基因组学的研究可为耐盐甘薯种质创制提供信息参考。本试验调查了马鞍藤基因组大小和特征概况,为后续全基因组精细图谱绘制打下基础。研究以已知基因组大小的三裂叶薯(Ipomoea triloba L.)为对照,运用流式细胞术对马鞍藤基因组大小进行初步预估;使用二代高通量测序技术(Illumina Hiseq2500)对马鞍藤基因组进行survey评估,测序深度30×,利用生物信息学方法估算马鞍藤GC含量(即鸟嘌呤和胞嘧啶所占比例)、杂合率、重复序列等基因组概况。结果表明:流式细胞术估算马鞍藤基因组大小为1012.704±17.37 Mb;经全基因组Survey测定获得马鞍藤有效数据为21.71 Gb,基因组大小经修正后估算为1041.65 Mbp;通过K-mer分布曲线估算马鞍藤基因组中重复序列所占比率为74.52%,杂合率为0.99%;经初步组装后,GC平均深度及含量分布存在异常,出现分层的现象,这可能与马鞍藤基因组杂合率较高有关。本试验首次报导甘薯属耐盐植物马鞍藤基因组大小及特征信息,为马鞍藤进一步的全基因组深度测序和甘薯耐盐基因挖掘打下基础。     

基于Survey分析的濒危植物四合木基因组研究

评价濒危植物四合木（Tetraena mongolica）基因组的大小及复杂程度,开展基因组研究可揭示四合木的超旱生机制,进一步挖掘其特色基因资源。为更好破解四合木的全基因组信息,采用第二代高通量测序技术的基因组Survey分析技术开展四合木基因组大小估测研究,并利用生物信息学方法估计了四合木杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明：四合木基因组大小为1 079.25 Mb,修正后的基因组大小为1 065.84Mb,杂合率为0.76%,重复序列比例为75.25%,GC含量为33.57%。在经过四合木基因组初步组装后,获得3502 126条contigs,总计682 Mb,其N50为187 bp,推测四合木基因组属于同源四倍体复杂基因组,全基因组测序组装难度较大。由于四合木的高杂合率,后续可采用第三代高通量测序技术（单分子测序）同时结合染色质区域捕获技术,有望最终获得高质量的四合木全基因图谱。     

串联重复序列在琴叶拟南芥基因组中的特征探究

串联重复序列广泛存在于真核生物的基因组中,它通过影响染色质的空间结构及基因表达从而影响生物的遗传与进化.本研究以琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)基因组为材料,分析了1～50 bp重复单元的串联重复序列特征.研究发现串联重复序列在基因的5'UTR和启动子区域密度最高(8757 bp/Mb,8430 bp/Mb),而编码区CDS的密度最低(2406 bp/Mb).基因组中重复模体最高的为单核苷酸重复的T/A碱基,5'UTR中包含大量的二核苷酸重复模体,而在CDS中主要是三核酸重复模体.串联重复序列特征在琴叶拟南芥基因组不同区域的差别,显示其与基因表达和调控功能相适应.本研究深入探讨了串联重复序列在植物基因组中的特征及作用,为重复序列调控基因表达及植物基因组进化提供借鉴.     

极小种群濒危植物广西火桐、丹霞梧桐的叶绿体基因组特征

广西火桐(Firmiana kwangsiensis)和丹霞梧桐(F. danxiaensis)是我国南方特有物种, 其分布范围狭窄, 种群数量少。为了解其叶绿体基因组结构及系统发生关系, 本文通过高通量测序方法获得广西火桐和丹霞梧桐的浅层基因组数据, 通过生物信息学方法对叶绿体全基因组进行组装, 并对其结构特征进行分析。结果表明: 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组大小分别为160,836 bp和161,253 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构, 包含长度分别为89,700 bp、90,142 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC), 长度分别为19,970 bp、20,067 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC)及长度分别为25,583 bp、25,522 bp的2个反向重复序列区(inverted repeat sequence, IR)。两个物种的叶绿体基因组共注释得到131个基因, 包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因。广西火桐的叶绿体基因组中共检测出26个正向重复序列、2个反向重复序列、21个回文重复序列、21个串联重复序列和98个简单重复序列; 丹霞梧桐叶绿体基因组中共检测出23个正向重复序列、5个反向重复序列、21个回文重复序列、30个串联重复序列和107个简单重复序列。系统发生分析结果表明5种梧桐属(Firmiana)植物构成两个强烈支持的分支(支持率100%), 一个分支为广西火桐、美丽火桐(F. pulcherrima)和火桐(F. colorata), 其中广西火桐与美丽火桐构成姐妹群; 另一分支是互为姐妹群的丹霞梧桐和云南梧桐(F. major)。综上所述, 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组结构、基因排列及重复序列具有较高的相似性, 系统进化树将5种梧桐属物种分为两个分支, 其中广西火桐和美丽火桐最近; 而丹霞梧桐与云南梧桐关系最近。本研究鉴定的SSR位点可为梧桐属物种系统发生、进化关系的研究提供遗传信息。     

拟南芥与水稻之间简单重复序列的比较分析

利用Peri,C 语言编写了鉴定和分析简单重复序列的一系列程序,在全基因组水平上分析了拟南芥(Arabidopsisthaliana L.)简单重复序列的分布及简单重复序列和基因的关系.共发现5 652个简单重复序列(≥20bp),大约每20.6kb有1个简单重复序列.拟南芥各染色体之间简单重复序列的密度基本一致.拟南芥的27 480条编码序列中,只有677条编码序列含有725个简单重复序列,其中的3碱基简单重复序列多数对应的是小的亲水性的氨基酸.在拟南芥和水稻(Oryza sativa L.)第4号染色体的高度保守的基因中,简单重复序列却并不保守.通过比较拟南芥和水稻之间简单重复序列的差异,推论出:水稻的全基因组和基因中简单重复序列的密度都比拟南芥大,这可能是水稻基因组序列比拟南芥大的原因之一,水稻基因组中0.21%来自简单重复序列,而拟南芥中只有0.13%;不但不同物种的基因组对简单重复序列的偏好性不同,而且不同物种的基因对简单重复序列的偏好性也不同.在水稻和拟南芥中部发现了一些嵌套性的卫星序列.     

印度血桐与中平树基因组调查及SSR分子标记分析

印度血桐与中平树是大戟科血桐属植物,该属植物具有多种药用价值,被广泛应用于民间医学中许多疾病的治疗,这两种植物种子中含有的神经酸也引起了研究者的高度关注。为确定适合印度血桐与中平树的全基因组测序研究策略,该研究采用二代高通量测序技术,结合生物信息学的方法首次测定了印度血桐与中平树的基因组大小、杂合率、重复率等基因组信息并初步分析了两种材料的SSR序列特征。结果表明:(1)印度血桐与中平树的基因组大小分别为986.84和946.23 M。(2)印度血桐与中平树的杂合率分别为0.75%和0.65%,重复序列比例分别为73.02%和71.5%。(3)通过对2种材料基因组序列的SSR特征分析,在印度血桐中共鉴定了4 499 185个SSR,在中平树中共鉴定了4 969 098个SSR。该研究结果为印度血桐与中平树SSR分子标记的筛选、开发以及全基因组深度测序提供了理论指导。     

自身基因组原位杂交揭示植物基因组重复DNA沿染色体的分布

重复DNA沿染色体的分布是认识植物基因组的组织和进化的要素之一。本研究采用一种改良的基因组原位杂交程序,对基因组大小和重复DNA数量不同的6种植物进行了自身基因组原位杂交(self-genomic in situ hybridization,self-GISH)。在所有供试物种的染色体都观察到荧光标记探针DNA的不均匀分布。杂交信号图型在物种间有明显的差异,并与基因组的大小相关。小基因组拟南芥的染色体几乎只有近着丝粒区和核仁组织区被标记。基因组相对较小的水稻、高粱、甘蓝的杂交信号分散分布在染色体的全长,但在近着丝粒区或近端区以及某些异染色质臂的分布明显占优势。大基因组的玉米和大麦的所有染色体都被密集地标记,并在染色体全长显示出强标记区与弱标记或不标记区的交替排列。此外,甘蓝染色体的所有近着丝粒区和核仁组织区、大麦染色体的所有近着丝粒区和某些臂中间区还显示了增强的信号带。大麦增强的信号带带型与其N-带带型一致。水稻自身基因组原位杂交图型与水稻Cot-1DNA在水稻染色体上的荧光原位杂交图型基本一致。研究结果表明,自身基因组原位杂交信号实际上反映了基因组重复DNA序列对染色体的杂交,因而自身基因组原位杂交技术是显示植物基因组中重复DNA聚集区在染色体上的分布以及与重复DNA相关联的染色质分化的有效方法。     

宽边黄粉蝶(Eurema hecabe)基因组Survey分析

宽边黄粉蝶(Eurema hecabe)是重要的传粉昆虫,广布于非洲热带区、东洋区、澳洲区及古北区东部,具有较高的学术价值和经济意义。为了深入研究其广泛适应性,确定适合该蝴蝶的全基因组的测序研究策略,我们首先做低覆盖度的基因组Survey测序,然后做大规模的全基因组深度测序。采用第二代高通量的测序技术作为该研究的研究方法,测定了宽边黄粉蝶基因组大小,并利用生物信息学方法估计该种的杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明:(1)宽边黄粉蝶的基因组大小估计为285.34 Mb,测序深度51×;(2)从K-mer分布曲线发现黄粉蝶基因组有明显的杂合峰,杂合率达1.97%,重复序列比例为35.37%。该研究结果对于揭示宽边黄粉蝶物种的起源和进化及适应性具有重要意义,为宽边黄粉蝶选择全基因组测序策略提供依据。     

桃叶珊瑚属植物的叶绿体基因组结构特征及系统发育分析

为确定桃叶珊瑚属(Aucuba)植物叶绿体基因组的结构及其序列变异,揭示其属下种间亲缘关系,该研究对桃叶珊瑚(A. chinensis)、花叶青木(A. japonica var. variegata)等6种桃叶珊瑚属植物和丝缨花属植物黄杨叶丝缨花(Garrya buxifolia)进行二代测序,利用生物信息学软件对其叶绿体基因组序列进行组装和注释,并进行基本特征分析、序列比较以及系统发育分析。结果表明:(1)桃叶珊瑚属植物叶绿体基因组具典型的环状四分体结构,6条序列全长157 891～158 325 bp,均编码114个基因,包括80个蛋白质编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。(2)6种植物叶绿体基因组高频密码子数均为29个,偏好以A/U结尾,确定了这6条序列的最优密码子共100个,包含12个共有的最优密码子。(3)6条叶绿体基因组序列共检测到270条散在重复序列,133条串联重复序列以及412个SSR位点。(4)比较基因组学分析结果表明,该属植物叶绿体基因组序列高度保守。(5)从叶绿体基因组中筛选出10个高变片段。(6)系统发育分析结果显示支持桃叶珊瑚属为一个支持率较高的单系,与丝缨花属关系较近。该研究中的5种桃叶珊瑚属植物以及1种丝缨花属植物的叶绿体基因组均为首次测序组装,揭示了桃叶珊瑚属及其属下种间的系统发育关系,为桃叶珊瑚属植物的分类鉴定和系统发育提供了参考资料。     

拟南芥与水稻之间简单重复序列的比较分析

利用Perl,C 语言编写了鉴定和分析简单重复序列的一系列程序,在全基因组水平上分析了拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)简单重复序列的分布及简单重复序列和基因的关系。共发现5652个简单重复序列(≥20bp),大约每20.6kb有1个简单重复序列。拟南芥各染色体之间简单重复序列的密度基本一致。拟南芥的27480条编码序列中,只有677条编码序列含有725个简单重复序列,其中的3碱基简单重复序列多数对应的是小的亲水性的氨基酸。在拟南芥和水稻(OryzasativaL.)第4号染色体的高度保守的基因中,简单重复序列却并不保守。通过比较拟南芥和水稻之间简单重复序列的差异,推论出:水稻的全基因组和基因中简单重复序列的密度都比拟南芥大,这可能是水稻基因组序列比拟南芥大的原因之一,水稻基因组中0.21%来自简单重复序列,而拟南芥中只有0.13%;不但不同物种的基因组对简单重复序列的偏好性不同,而且不同物种的基因对简单重复序列的偏好性也不同。在水稻和拟南芥中都发现了一些嵌套性的卫星序列。     

白花除虫菊叶绿体基因组特征及系统发育研究

白花除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)是全球唯一集约化种植的杀虫园艺作物,从其头状花序提取的天然除虫菊酯广泛应用于有机农业和家居害虫防控,具有极高的商业价值。本研究通过Illumina HiSeq 2500测序平台对白花除虫菊叶绿体基因组进行了测序,并对其结构特征及系统进化关系进行了分析。结果表明,白花除虫菊叶绿体基因组为典型的四分体结构,基因组大小为150 171 bp,包括84个蛋白质编码基因、 37个转运RNA基因和8个核糖体RNA基因;密码子偏好性分析发现其叶绿体基因组中密码子末端偏好以A和U结尾,其中亮氨酸的密码子是最常用的,其使用UUA密码子的频率最高,RSCU值为1.88。在其叶绿体基因组中鉴定到简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)位点共41个,包含37个单核苷酸重复序列、 4个复合型核苷酸重复序列;基于菊科(Asteraceae)39个叶绿体基因组序列构建的系统发育树表明,其叶绿体基因组高度保守,除近缘红花除虫菊(T.coccineum)外,除虫菊类与同为菊科的植物蒿子杆(Ismelia carinata)亲缘...     

新疆沙冬青基因组调查测序与基因组大小预测

新疆沙冬青是中国荒漠地区代表性常绿阔叶植物,属于第三纪孑遗植物。其极强的逆境耐受性受到了研究者的广泛关注,但由于缺乏基因组序列,分子生物学研究水平进展缓慢。本研究对新疆沙冬青进行了基因组调查测序,共得到65 Gb大小的双端测序数据。结合基于K-mer分析和流式细胞分析的方法,预测基因组大小、杂合率和GC含量等特征,估计基因组大小为770~787 Mb。测序数据拼接构建得到contigs的N50为684 bp,总读长为0.538 Gb;进一步组装后scaffolds的N50为12.09 kb,总读长为0.602 Gb。对拼接数据进行SSR分子标记预测,共得到151858个SSR,其中二核苷酸重复单元比例最高为56.39%,在二核苷酸重复单元中,AT/TA组成形式占多数。本研究首次报道了荒漠植物新疆沙冬青的基因组特征,为后续基因组学研究提供参考。     

五节芒基因组大小测定

五节芒(Miscanthus floridulus)属于禾本科(Poaceae)芒属(Miscanthus Andersson),被认为是一种开发潜力巨大的生物质能源植物。本研究以水稻日本晴(Oryza sativa L.var.Nipponbare)为内标,采用流式细胞仪测定6份采自中国不同地区的五节芒基因组大小。结果首次确定了五节芒的基因组大小平均为2596.59 Mb,即2 C DNA含量为5.31 pg(以1 pg=978 Mb计算)。     

罗汉果全基因组Survey分析

罗汉果是广西特有药用及甜料植物,其主要成分之一甜苷V作为天然、非糖甜味剂,具有广阔的开发前景,但罗汉果目前完全来自于栽培,适生区狭窄,连作障碍严重,加之含量低导致甜苷V生产成本居高不下,严重限制了其应用。为了减少盲目性,在大规模全基因组深度测序之前,先做低覆盖度的基因组Survey测序,评价基因组的大小及复杂程度,以确定适合该植物全基因组的测序研究策略。该研究采用第二代高通量测序技术(Illumina Hiseq TM 2000)首次测定了罗汉果基因组大小,并利用生物信息学方法估计罗汉果杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明:(1)获得了18.1 Gb罗汉果基因组测序数据,基因组大小估计为344.95 Mb左右,测序深度为52×;(2)从K-mer分布曲线发现罗汉果基因组有明显的杂合峰,杂合率达1.5%,基因组高杂合导致组装的结果中Contig N50和Scaffold N50的长度比预期的要短很多,还造成GC平均深度及含量分布明显异常,存在一个低深度分布区域。基因组主峰后面有微弱的重复峰,说明罗汉果存在较多的重复序列;(3)由于罗汉果存在高杂合率和重复序列较多的特点,该基因组测序分析仅采用全基因组鸟枪法(WGS)策略不合适,为了更好地对全基因组进行序列拼接和组装,可尝试结合采用Fosmid-to-Fosmid或BAC-to-BAC策略。该研究结果对于揭示罗汉果产量、有效成分含量、发育及抗病虫的分子机制,以及通过分子育种来提高甜苷V含量和降低生产成本具有重要意义,为全基因组测序策略的选择提供了依据。     

水稻(籼稻)全基因组框架序列研究简介

水稻为世界一半以上的人口提供了主要食物。水稻基因组的常染色质部分长约 43 0个ｍｂ ,是拟南芥基因组长度的 3 .7倍 ,约为人类基因组长度的七分之一。我们最近完成了水稻的籼亚种——— (ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ .ｓｓｐ .ｉｎｄｉｃａ)中的全基因组序列草图的绘制 (Ｓｃｉｅｎｃｅ ,2 96 :79～ 92 ,2 0 0 2 )。籼稻在中国与东南亚广泛种植。我们分析的籼稻品种 93＿1 1就是袁隆平院士培育的超级杂交水稻两优培 9(ＬＹＰ9)的父本。水稻基因组全长 46 6ｍｂ ,包含有 46 0 2 2～ 5 5 0 1 5个基因。在已测序的序列中功能区占 92 .0 %。通过…     

基于比较基因组学的玉米ESTs定位方法

描述了以水稻基因组数据和玉米与水稻的比较遗传图谱为桥梁,基于水稻和玉米间存在的标记和序列水平上的广泛的共线性,对大量的玉米ESTs初步定位于玉米连锁群上新方法,为对ESTs开展进一步的基因组学研究和基因克隆提供参考信息。对139条玉米ESTs的定位发现,96条玉米ESTs（69%）可在水稻基因组中找到同源序列,77条ESTs（55%）可使用该策略进行定位,证实了该方法的可行性和有效性。