蜡梅比较基因组学及木兰类植物系统进化分析

基于蜡梅（Chimonanthus praecox）及相关植物物种的基因组数据,进行基因家族聚类,估算物种分化时间,并开展有关物种的共线性分析,计算不同类别代表性物种内旁系同源及物种间的直系同源同义替换率（synonymous substitution rate,Ks）,同时基于核苷酸和氨基酸序列的串联法及并联法等多种策略,进行木兰类植物系统进化分析。结果表明,蜡梅科（Calycanthaceae）植物共享了两次全基因组复制（whole-genome duplication,WGD）事件,樟目（Laurales）的共同祖先经历了二倍化事件,木兰类植物未共享WGD事件。长枝吸引（long branch attraction,LBA）会影响系统发育的准确性,消除LBA可使用1以及0和1相位点构建系统发育树。以往对木兰类植物系统发育位置的研究结果不一致,可能是由于系统发育树的构建方法不同、不完全谱系分选（incomplete lineage sorting, ILS）的存在、分类单元取样的局限性,以及木兰类植物在进化早期的快速分化等原因。在充分考虑多种可能影响木兰类植物进化位置多种因素的基础...     

鱼类基因组研究进展

鱼类基因组研究利用大规模测序获取有关物种的基因组序列信息,进而阐明鱼类生物学特性、表型变异与基因组结构之间的关系,在鱼类的种质鉴定、遗传育种、动物营养、环境毒理和病害防治等领域具有巨大的应用潜力。自2001年首先对斑马鱼的基因组测序起,到目前为止已有近40个鱼类物种的全基因组测序完成,且其相关的生物学特征、遗传进化规律等得到较全面的解析。将从鱼类全基因组测序技术发展历程和鱼类基因组解析两大部分对鱼类基因组研究进展进行综述,旨在进一步了解鱼类基因组的研究现状、发展趋势和应用前景,为后续鱼类基因组研究提供参考。     

谱系特有基因研究进展

谱系特有基因(Lineage-specific genes,LSGs)是指在一个谱系中特有并与其他物种谱系所有基因没有明显序列相似性的基因,约为物种基因组全部基因数量的10%~20%,于1996年首次在完成全基因组测序的酵母基因组中大量发现。大规模测序技术的发展使谱系特有基因研究成为比较基因组学的研究热点,已在微生物、海洋低等生物、植物(如拟南芥、水稻、杨树)、昆虫及高等灵长类动物等多个物种或类群中展开,其生物功能对于阐明物种进化历程和生物适应性具有重要意义。文章介绍了谱系特有基因的研究背景和现状,从谱系特有基因获取、基因结构分析、进化起源、生物功能、表达特性分析等方面阐述谱系特有基因的研究进展,分析了存在的问题和后续研究方向,以期为相关研究提供参考。     

Nature系列期刊导读

<正>探讨大规模基因组研究随着新一代基因组测序技术的发展,近十年来大规模基因组测序研究越来越多,由此积累出了庞大的数据群。该文从以下三方面探讨了大规模基因组研究中的大数据问题:全基因组关联研究以及外显子组测序研究中的显著性检验,以及如何使研究更具有统计学意义;外显子组突变研究对于理解和预测当前和未来人类疾病和进化的模式具有重要意义;基于基因的稀有突变研究,及其与已知疾病的     

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。     

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。     

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。     

荷花玉兰叶绿体全基因组高通量测序及结构解析

荷花玉兰是重要的药用、观赏及园林绿化植物.应用454高通量测序技术对荷花玉兰叶绿体全基因组进行测序,解析了其基因组结构,并与近缘物种基因组进行了比较分析.荷花玉兰叶绿体基因组全长为159623bp,两个反向互补重复区(IRs)长26563bp,被分隔的大单拷贝区(LSC)和小单拷贝区(SSC)长度分别为87757和18740bp.成功注释129个叶绿体基因,其中18个基因含有内含子.基因的种类、数目以及GC含量等与其他木兰科物种相类似.生物信息学分析获得218个SSR位点,大多位点富含A-T,具有碱基偏好性.木兰科物种的重复基序类型和丰度相对保守,有利于开发叶绿体基因组载体.木兰亚纲植物叶绿体基因组的大小及IR区边界的变化与ycf1的长度密切相关.采用30个物种叶绿体基因组的66个共有蛋白编码基因构建系统发育树,对木兰属在被子植物中的进化位置进行了探讨.荷花玉兰叶绿体全基因组序列的获得和结构解析对优良品种培育、叶绿体基因组工程、木兰科物种分子标记开发及系统发育关系的研究具有重要价值.     

烟属物种基因组研究进展

烟属是茄科植物的第五大家族,其中普通烟草和黄花烟草作为重要经济作物对农业经济产生重大价值,同时,烟草野生种资源的基因组中也包含有特有的抗病虫基因,常被用于基础生化代谢、基因组进化、转基因等领域研究,且普通烟草已作为植物研究的模式生物,成为植物分子研究领域常用工具之一。本文介绍了烟属物种近年来在基因组研究中的一些主要进展及数据资源,包括国际各项烟草基因组计划中完成的野生种烟草(林烟草,绒毛状烟草,耳状烟草和本氏烟草)和栽培种烟草(TN90,K326和BX)的全基因组重测序及其它基因组方面的研究,以期为未来的烟属物种的生物学研究提供借鉴。     

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:(1)原始测序数据过滤后获得140.91 Gb三代数据,Read N50约为13 784bp,经过组装得到厚朴基因组大小为1.68 Gb,Contig N50约为222 069 bp,单拷贝基因完整性为81.0%。(2)组装后的序列通过与NR、KOG、KEGG等功能数据库比对,共有98.40%的基因得到了功能注释,其中KOG功能注释结果发现厚朴的蛋白功能主要集中在一般功能预测、翻译后修饰、蛋白质转换、伴侣以及信号转导机制; GO功能分类表明厚朴的基因集中在细胞组分及生物学过程; KEGG分析发现厚朴参与代谢通路的基因占主要地位。(3)通过与葡萄、拟南芥、水稻、杨树、银杏、无油樟、茶树及牛樟基因组的比对分析,发现厚朴23 424个基因中有20 801个基因可以分类到12 129个家族,其中有515个基因家族为厚朴所特有,而厚朴与牛樟(樟科)亲缘关系较近,两者的分化时间约在122.5百万年前(mya)。该研究首次利用第三代测序技术对厚朴全基因组解析,有利于对其进一步进行深入的开发与利用,也为研究其他药用植物全基因组奠定了基础。     

植物古基因组学研究进展

植物古基因组学是基因组学一个新兴分支,从现存物种中重建其祖先基因组,推断在古历史中导致形成现存物种的进化或物种形成事件。高通量测序技术的不断革新使测序读长更长、更准确,加快了植物参考基因组序列的组装进程,为古基因组学研究提供了大批量可靠的现存物种的基因组序列资源。全基因组复制(whole-genome duplication, WGD)亦称古多倍化,使植物基因组快速重组,丢失大量基因,增加结构变异,对植物进化极其重要。本文综述了植物基因组测序与组装研究进展、植物古基因组学的原理、植物基因组WGD事件以及植物祖先基因组进化场景,并对未来植物古基因组学研究进行了展望。     

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。     

大肠埃希菌基因组研究

大肠埃希菌是最早启动全基因组测序的细菌之一,但是对于大肠埃希菌作为共生菌存在于人类和动物肠内的生物学本质尚不清楚。目前,研究人员正在对大肠埃希菌基因组中每个必需基因的功能进行研究,以期能进一步了解大肠埃希菌的生物学特性。本文就大肠埃希菌基因组研究现状、研究方法及其后基因组研究等方面进行综述。     

多年生植物模式物种基因组研究的历史及进展

木本植物有许多不同于一年生草本植物的生物学特性,生物学家提出将木本植物 作为研究多年生植物的模式体系。杨属Populus树种由于研究基础较好且基因组较小,目前已 被广泛地接受作为多年生植物基因组研究的模式物种。随着杨属树种全基因组序列的测定, 杨属树种在多年生植物的功能基因组研究及一些基础科学问题的研究中将发挥重要作用。本 文综述了杨属树种基因组研究的历史、进展及将来的研究热点,旨在为我国多年生植物基因 组研究提供参考和借鉴。本文主要论述了以下几个方面的内容:（1）对杨属树种开展的细胞 遗传学研究;（2）在分子水平上对杨属树种进行的基因组研究,内容包括遗传作图、基因组 测序、物理图谱构建、基因芯片及连锁不平衡分析;（3）杨属树种基因组信息在探讨一些基 础科学问题中的潜在应用。     

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。     

乳酸菌基因组学研究进展

乳酸菌广泛应用于食品发酵工业中,其中有些菌种是重要的益生菌。目前,对乳酸菌的研究已从最初的形态学研究进入到了分子水平的研究。乳酸菌全基因组测序研究已在全球展开。乳酸菌基因组研究有助于揭示乳酸菌的遗传和代谢机制,加速重要益生功能基因的挖掘,同时为乳酸菌的应用提供众多可能性。本文就乳酸菌基因组研究的概况、重要乳酸菌基因组、乳酸菌的功能基因组以及比较基因组进行了综述。     

转录组测序揭示翼盖蕨(Didymochlaena trancatula)的全基因组复制历史

全基因组复制在动植物中普遍存在, 被认为是促进物种进化的重要动力之一。作为蕨类植物的单种科物种, 翼盖蕨(Didymochlaena trancatula)是真水龙骨类I的基部类群, 在蕨类中具有独特的演化地位。本研究基于高通量测序, 通过同义替换率(Ks)分析、相对定年分析揭示翼盖蕨的全基因组复制发生情况。Ks分析表明, 翼盖蕨至少经历了两次全基因组复制事件, 其中一次发生于59-62 million years ago (Mya), 另一次发生于90-94 Mya, 这两次全基因组复制事件分别和白垩纪第三纪的Cretaceous-Tertiary (C-T)大灭绝事件以及翼盖蕨的物种分化时间相吻合。进一步对两次全基因组复制保留的基因进行功能注释和富集分析, 结果显示与转录及代谢调控相关的基因优势被保留。翼盖蕨的全基因组复制事件可能促进了该物种的分化及其对极端环境的适应性。     

白花刺续断野生居群的叶绿体全基因组特征解析

白花刺续断在中国西藏是一种常用的药用植物,但其叶绿体全基因组的相关研究较少。为揭示该物种叶绿体全基因组的基本特征并探讨其谱系遗传结构,该研究利用Illumina测序平台对来自5个野生居群的10个白花刺续断个体进行二代测序,经组装、注释,得到10条完整的叶绿体全基因组序列,并对它们的基因组特征和居群间的谱系进化关系进行了初步研究。结果表明：(1)白花刺续断的叶绿体全基因组大小为155 335～156 266 bp,共注释113个基因,包括72个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因,其叶绿体基因组的大小、结构、GC含量及基因组成等方面在种内高度保守。(2)基因组比较分析表明,白花刺续断变异较大的片段均位于单拷贝区,且IR边界未出现明显的扩张和收缩。(3)群体遗传分析发现,白花刺续断的野生居群具有明显的地理遗传结构,不同居群间在遗传距离与地理距离上具有一定的相关性。研究认为,白花刺续断叶绿体基因组在种内居群水平上比较保守,且叶绿体基因组可在居群水平上揭示物种的地理遗传结构。这为后续开展刺续断属物种群体遗传学和系统发育基因组学研究奠定了基础。     

基于DNA条形码评估西双版纳国家级自然保护区对樟科植物进化历史的保护

为评估西双版纳国家级自然保护区对樟科这一重要植物类群进化潜力的保护情况, 揭示将物种进化历史纳入生物多样性保护评估的重要性, 本研究通过对西双版纳地区长期的野外调查并查阅标本记录与文献资料, 整理出该地区樟科13属121种物种的具体分布信息, 以植物条形码ITS序列作为分子标记构建了反映整个西双版纳地区樟科植物系统发育关系的系统发育树。我们以此为基础, 从物种层面分析了各物种的进化特异性(evolutionary distinctiveness, ED), 从区域层面分析了自然保护区内、外以及32个行政乡镇的系统发育多样性(phylogenetic diversity, PD), 并结合物种丰富度(species richness, SR)与物种濒危等级, 综合探讨了西双版纳国家级自然保护区对樟科植物进化历史的保护情况。研究发现, 西双版纳国家级自然保护区仅拥有整个西双版纳地区54.5%的樟科物种数, 却保护了该地区樟科植物约88.8%的进化历史, 没有被列入保护范围但却拥有高系统发育多样性的区域有打洛镇、易武乡等。就物种而言, 进化特异性相对较高的19个物种中, 有5种(26.3%)在自然保护区内没有分布; 濒危等级高的54个物种中, 有20种(37.0%)在自然保护区没有分布, 同时拥有高进化特异性和濒危等级的物种仅有1种不在保护区内分布。结果表明, 虽然西双版纳国家级自然保护区对樟科这一植物类群的系统发育多样性以及高保护价值物种的保护较好, 但仍有部分重要樟科植物的进化历史没有涵盖在现有自然保护区范围内; 按照传统方法设定的自然保护区虽能在一定程度上保护樟科物种的进化历史, 但仍然存在与标准化系统发育多样性保护策略相矛盾的地方。因此, 今后在建立自然保护区时, 应将系统发育多样性考虑在内, 以保护生物多样性应对环境变化的潜力。     

社鼠（Niviventer confucianus）线粒体基因组全序列分析

社鼠（Niviventer confucianus）属于啮齿目（Rodentia）、鼠科（Muridae）、白腹鼠属（Niviventer）,关于该物种的分子系统学研究极少。为获取社鼠线粒体基因组全序列,提取其基因组总DNA,参照近缘物种线粒体基因组全序列设计34对特异性引物,利用PCR扩增全部片段后进行测序,之后对其基因组组成及结构特点进行了初步分析。结果表明,社鼠线粒体基因组全序列长16 281 bp（GenBank收录号：KJ152220）,包含22个tRNA基因、13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因和1个非编码控制区;基因组核苷酸组成为34.0%A、28.6%T、24.9%C、12.5%G。将所得序列与社鼠近缘物种（川西白腹鼠、小家鼠、褐家鼠）的线粒体全基因组进行比较,结果显示,四个物种的线粒体基因组虽然在基因组大小、部分tRNA二级结构、部分蛋白质编码基因的起始或终止密码子及控制区长度和碱基组成上有差异,但基因组结构和序列特征方面都具有较高的相似性。四个物种线粒体全基因组间的遗传距离显示,社鼠与川西白腹鼠距离最近,而与小家鼠距离最远。该研究为利用线粒体全基因组信息进行啮齿类分子系统学研究提供了有价值的资料。