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。     

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。     

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。     

微生物全基因组测序研究进展

本文综述了近年来大规模微生物基因组核酸序列测定的最新研究进展,介绍微生物全基因组测序的基本方法、序列的收集组装,序列缺口的填补,以及序列资料的计算机分析整理。大规模基因组测序完成后,未来面临的更大挑战是在ＤＮＡ序列基础上认识微生物的完整生物学功能。为此本文也介绍了有关基因功能分析的新技术,并对微生物基因组功能分析的未来发展作了展望。     

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...     

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。     

面向新一代基因组测序技术的序列拼接算法

随着新一代测序技术的发展,新的拼接算法应运而生。介绍了目前国际上广泛认可的几种新的拼接算法的基本原理与具体步骤,分析每种算法的优缺点以及适用范围。用Helicobacter acinonychis的Illumina 1G测序数据检测SSAKE,VCAKE,SHARCGS以及velvet的性能,并对未来拼接算法的研究提出展望。     

全基因组测序在病原菌分型与溯源中的应用研究进展

细菌分子分型已成为监测细菌感染性疾病的暴发流行与明确病原菌传播途径的重要工具.随着全基因组测序技术的日益兴起,公共数据库中已产生大量的细菌基因组数据,迫切需要研究人员充分认识和理解该技术,并掌握多种生物信息学工具挖掘并解读测序数据.本文系统概述了全基因组测序技术与生物信息学工具在病原菌分型与溯源中的应用,并对全基因组测...     

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...     

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。     

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。     

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...     

一个被全基因组测序挽救的家庭

15岁的Noah Beery终于可以跟双胞胎妹妹Alexis Beery爬山了。对于正常健廉的家庭来说,这不是什么大不了的事情;而被病磨折磨了十几年的Beery家庭,却因为这弥足珍贵的家庭外出而激动万分。母亲RettaBeery一直坚强地从未放弃子女治疗,此时终于热泪盈眶：“这是我们从来不敢想象的画面。”     

藤黄节杆菌ATCC21606的全基因组测序及序列分析

藤黄节杆菌(Arthrobacter luteus, A. luteus) ATCC 21606是一种革兰氏阳性短杆状的放线菌。该菌分泌的溶菌酶(Lyticase)能够有效裂解酵母细胞壁,同时能分泌限制性核酸内切酶AluⅠ和热稳定的黄嘌呤氧化酶,但目前还没有该菌株的全基因组序列相关的报道。本研究首先通过对A. luteus ATCC 21606菌株的基因组进行高通量测序;再利用SOAPdenovo、GeneMarks等软件对基因组进行组装和组分分析;接着与COG、GO、KEGG、NR、Swiss-Prot和CAZy数据库比对进行基因功能注释;并利用antiSMASH软件进行次级代谢产物合成基因簇预测;最终得到大小为4 209 480 bp的全基因组序列,GC含量为74.68%,共预测到编码基因3 741个。基因序列已提交至美国国立生物技术信息中心(NCBI)的GenBank数据库,登录号为RQIK000-00000。本研究首次报道了A. luteus ATCC 21606的全基因组序列,为后续该菌株的功能基因、代谢产物合成途径及比较基因组学等相关研究提供基础。     

云杉腐烂病菌Cytospora piceae全基因组测序及比较基因组分析

【目的】壳囊孢属(Cytospora)真菌引起的林木腐烂病和枝枯病,是一类重要的、分布广泛的枝干病害,可引起重大经济损失和生态破坏。通过全基因组测序和比较基因组学分析,探究不同腐烂病菌的全基因组特征,分析其与寄主选择和致病性相关的基因或基因家族的差异性,将有助于进一步揭示腐烂病菌与寄主互作的分子机制,为腐烂病的有效防治提供基础资料。【方法】采用PacBio测序技术对云杉腐烂病菌Cytosporapiceae进行了全基因组测序和组装,并通过比较基因组学方法,从基因组水平探究引起腐烂病的4种腐烂病菌的基因组的差异,分析其共有的和特有的与致病相关的基因家族。【结果】C. piceae基因组大小为39.25 Mb,GC含量为51.79%。基于单拷贝直系同源基因构建的系统发育树显示,C. piceae与Cytospora chrysosperma的进化关系相近,Valsamali和Valsapyri则更相近。比较基因组学分析表明,4种腐烂病菌均具有重复诱导的点突变(RIP)活性,其中,C. piceae的RIP活性最强。与其他3种腐烂病菌相似,与木质素降解相关的AA3和AA7家族在C. piceae中显著扩张,但木质素降解关键酶AA5家族均缺失;C. piceae和C. chrysosperma基因组中果胶降解关键酶GH28和CE8家族基因的数量与V. mali和V. pyri相近。4种腐烂病菌都含有较多数量的MFS(major facilitator superfamily)超家族转运蛋白和较少的ABC(ATP-binding cassette transporter)超家族转运蛋白,但C. piceae含有更多DHA2、PDR和MDR类转运蛋白。4种腐烂病菌的分泌蛋白的GO分类分子功能主要集中在水解酶活性,其中V. mali含有最多数量的该类别基因;而生物学过程则集中在碳水化合物代谢过程、果胶分解过程和氧化还原过程。在次生代谢核心基因中,C.piceae的PKS基因明显少于V.mali和V.pyri;在C.piceae含有的4个特异性次生代谢基因中,3个为NRPS基因。【结论】4种腐烂病菌含有的碳水化合物活性酶的种类和数量相似,且都具有较强的果胶降解能力。不同腐烂病菌的膜转运蛋白中多药转运体的选择性扩增,以及次生代谢核心基因中NRPS类基因的特异性存在和缺失,表明它们作为重要的致病因子很可能在腐烂病菌寄主选择中发挥了重要的作用。     

利用全基因组重测序分析鹿茸重量相关基因

茸角是鹿科动物特有的器官,具有重要的生物学意义。鹿茸生长是一个复杂的生物代谢过程,其重量与遗传因素有一定关联。本研究对饲养条件基本一致的5个梅花鹿(Cervus nippon)群体进行调查,获得高产和低产梅花鹿个体共100只,利用全基因组重测序分析这些个体与鹿茸重量相关的遗传变异。结果表明,共得到94个与鹿茸重量可能相关的遗传变异,其中有2个变异位点分别定位于OAS2和ALYREF/THOC4基因的外显子区,且ALYREF/THOC4基因在鹿茸中表达量很高。功能富集分析发现,这些遗传变异与鹿茸生长发育密切相关,可作为潜在的鹿茸重量相关遗传变异。本研究首次通过全基因组重测序直接筛选与鹿茸重量相关的遗传变异,并分析关联基因的生物学功能,对揭示鹿茸生长发育和鹿茸重量差异形成的遗传机制具有重要意义。     

肌苷生产菌枯草芽孢杆菌ATCC 13952的全基因组测序及序列分析

摘要:【目的】枯草芽孢杆菌ATCC 13952是一株肌苷工业生产菌株。为深入研究ATCC 13952菌株积累肌苷的分子机制以及为进一步分子育种研究提供序列背景信息,有必要解析ATCC 13952菌株的基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序和Sanger测序相结合对ATCC 13952菌株进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、GO/COG 聚类分析、共线性分析等。【结果】枯草芽孢杆菌ATCC 13952整个基因组大小为3876276 bp,GC含量为45.8%,序列已提交至GenBank 数据库,登录号为CP009748。比较基因组及嘌呤代谢相关基因分析结果显示:枯草芽孢杆菌ATCC 13952与其他几株芽孢杆菌具有较好的基因组共线性关系,嘌呤代谢相关基因编码的蛋白与标准菌株比较发生了一些缺失和突变。【结论】本研究首次报道了一株肌苷生产菌枯草芽孢杆菌ATCC 13952的全基因组序列,分析了基因组基本特征,初步探讨了该菌株积累肌苷的分子机制,为后续的进一步分子育种提供了理论基础。     

马属动物全基因组高通量测序研究进展

马属(Equus)动物的祖先大约在5500万年前出现,经过持续分化形成现今的马、驴和斑马,统称马属动物。马作为家畜中的重要一员,是推动人类文明发展的载体,在人类的饮食、战争、农耕、运输和娱乐等领域做出了巨大贡献。然而,人类为了满足需求,或多或少影响着马的进化方向,从而在长时间自然和人工选择过程中形成了多种独具特色性状的不同马种。驴和骡在全球的存栏量也较多,在人类的生产和生活中起到的作用同样不可忽视,不但为人类提供了生产力而且还提供了食物和营养保健品。可见,马属动物对人类的重要性。近年来,高通量测序技术和生物信息学分析方法被广泛运用于家畜的遗传学研究。人们利用高通量测序手段探索马属动物在进化过程中的种群变化历史,解析形成独特性状的分子机制,为其育种工作提供有效的数据支持。本文综述了马属动物全基因组高通量测序的研究进展,以及利用该技术在马属动物的进化历史和功能基因挖掘研究领域所取得的成就,以期今后对马属动物的深入研究、产业开发和利用等方面提供参考信息。     

微生物全基因组鸟枪法测序

全基因组测序主要有二种策略,一种是分级鸟枪法测序,另一种是全基因组鸟枪法测序。微生物是一种十分重要的遗传资源,运用全基因组鸟枪法可以方便、快捷地完成其基因组的测序任务。本文对微生物全基因组鸟枪法测序中文库构建、插入片段的长短比例、反应投入量、拼接以及补洞等问题作了较细致的描述,有些步骤作了举例说明。 Abstract:Two strategies introduced for whole genome sequencing,one is clone by clone method,the other is whole genome shotgun sequencing,for microbes which are very important to us,whole genome shotgun sequencing method is very convenient.In this article we discussed the library construction、long-to-short-ratio of insert,、total number of reads should be sequenced、assembly and gap filling technologies of the whole microbial genome shotgun sequencing method while some examples presented.     

基于简化基因组测序的大黄鱼耐高温性状全基因组关联分析

利用Illumina HiSeqTM 2500测序平台, 对通过高温胁迫实验筛选得到的20尾耐高温和20尾不耐高温的大黄鱼(Larimichthys crocea)进行了简化基因组测序(SLAF-seq), 每个样本的平均测序深度达到10.26×, 共获得419211个高质量的群体单核苷酸多态性(SNP)位点 。利用TASSEL软件的混合线性模型(MLM)进行全基因组关联分析(GWAS), 共筛选到38个与大黄鱼耐高温性状显著相关的SNP位点(P<2.39E–08)。利用BLAST程序定位每个SNP位点在大黄鱼基因组中的位置, 并分析其周围的功能基因。结果在38个SNPs附近共找到26个已知的功能基因, 这些基因主要与细胞转录、代谢、免疫等功能相关。研究结果可为下一步大黄鱼耐高温分子机制解析及耐高温品种的选育提供参考。