多组学前沿技术专刊序言

后基因组时代,基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学等技术应用日趋广泛,功能注释成为生命科学研究的中心任务,多组学整合分析成为全面解析生物学机理的主要手段。本专刊邀请了国内多组学领域的相关专家学者介绍了基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学等领域最新进展和应用成果,收录了相关文章28篇,以供从事多组学研究的科研工作者参考。     

宏组学方法在污水处理系统中的应用进展

污水生物处理由微生物生理过程驱动,宏组学方法能够获得不同水平的分子信息,为认识污水处理系统中的微生物提供了新途径。本文对宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学与代谢组学等宏组学方法的发展进行综述,着重介绍各组学及整合宏组学在污水处理系统中的研究现状,并指出其应用前景。     

多组学技术及其在生命科学研究中应用概述

随着新一代测序技术、高分辨质谱技术、多组学整合分析方法及数据库的发展,组学技术正从传统的单一组学向多组学技术发展。以多组学驱动的系统生物学研究将带来生命科学研究的新范式。本文简要概述了基因组学、表观基因组学、转录组学,蛋白质组学及代谢组学的进展,重点介绍多组学技术平台的组成和功能,多组学技术的应用现状及在合成生物学及生物医学等领域的应用前景。     

非洲猪瘟病毒研究进展:组学视角

非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus,ASFV)引起的一种致死率可高达100%的猪烈性传染病。ASF的传播方式复杂多样,目前无商品化疫苗可用,仅能依靠检疫结合扑杀进行防控,严重威胁全球养猪及相关行业的健康发展。阻碍ASF疫苗研发的主要因素是ASFV的基因型众多、结构复杂,以及对ASFV致病和免疫逃逸机制的认识不足。本文从基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等层面多角度综述ASFV的生物学特性及其致病和免疫逃逸机制,以期揭开ASF这个"杀手"的神秘面纱,为ASFV的致病机制研究和ASF的防控提供参考。     

多组学分析在昆虫滞育中的应用

组学技术将生物的相关问题分别展现在基因、蛋白质和代谢物等不同层次水平上,已成为解读生命过程的重要工具。本文分别从转录组学、蛋白质组学、代谢组学以及组学间的联合应用等方面概括总结了组学技术在昆虫滞育研究中的应用情况,阐述了以转录组学、蛋白质组学和代谢组学为代表的多组学技术在昆虫滞育调控分子机制中取得的重要成果,并针对当前研究现状,对昆虫滞育中组学技术应用的前景和局限性进行了总结和展望,以期为昆虫滞育调控分子机制的研究提供参考依据。     

激光捕获显微切割在肿瘤多组学研究中的应用进展

当今社会,肿瘤因其高发病率和高死亡率成为威胁人类健康的重要疾病,研究者们对其发病机制及治疗手段的研究和探索也在不断深入。随着单细胞多组学测序技术的发展,肿瘤组织的异质性问题逐渐被研究人员所认识。为了解决这一问题,激光捕获显微切割（laser capture microdissection,LCM）技术应运而生。LCM技术是一种在显微镜直视下从器官或组织中准确获取某种特定的细胞群或单个细胞的样本收集技术。LCM技术结合多种分子生物学手段可以对异质性组织进行多组学研究,丰富了现有的肿瘤蛋白质组学、基因组学以及转录组学图谱,因此,LCM技术成为研究特异性表达及分子机制的有力工具,在肿瘤学领域得到广泛应用。基于此,对LCM的原理、优势及其在肿瘤多组学研究中的应用进行了综述,并对其未来可能的发展方向进行了展望,以期为肿瘤的研究和治疗提供新的思路。     

基于宏组学方法认识微生物群落及其功能

进入后基因组学时代,测序技术飞速发展,测序成本明显下降,形成了涵盖宏基因组学、宏转录组学和宏蛋白质组学的宏组学技术,推动了对微生物群落的多样性、结构及潜在基因功能方面的深入研究。最近随着整合的宏组学技术的提出及应用,全面系统分析微生物群落动态变化及其代谢功能已成为可能,这将成为微生物生态学研究的新趋势。本文综述了宏组学在研究海洋湖泊、深海热泉、人体肠道、牛瘤胃生境、森林土壤与堆肥生境等环境中微生物群落的结构和功能方面的最新进展与成功应用案例。     

应用组学技术分析伪结核棒状杆菌的致病性

胞内寄生病原伪结核棒状杆菌(Corynebacterium pseudotuberculosis,Cp)不仅对全球养殖业造成巨大的经济损失,且可感染人而危害公共卫生安全。组学技术的快速发展促进了Cp致病性的研究。通过基因组测序分析获得72株Cp全基因组序列,初步明确了羊型Cp与马型Cp的结构、进化关系及致病性差异的可能原因;基于蛋白质组学研究,发现了磷脂酶D(PLD)、丝氨酸蛋白酶(CP40)及神经氨酸酶H(NanH)等与Cp生理学、毒性和免疫相关及其他未知功能的蛋白;利用转录组学发现Cp在高渗透压、热休克或酸性条件等恶劣环境中以粘附、应激和氧化还原反应基因表达差异最为典型。本文在介绍Cp基因组测序情况基础上结合作者获得的Cp宣汉株(XH02)基因组序列进行比较基因组学和SNP进化分析,同时对蛋白质组学和转录组学技术在Cp致病机制研究中的应用概况进行综述。     

菌根真菌与兰科植物互作的组学研究进展

兰科植物因其具有丰富的物种多样性和重要的社会经济价值,多年来一直是植物学及生态学界的重点研究对象.菌根真菌对兰科植物的种子萌发、营养吸收和种群动态等多个方面都具有十分重要的作用,因而近年来受到越来越多的关注.探究菌根真菌与兰科植物互作的内在机制是目前兰科菌根研究的一大热点领域,同时也为兰科植物野生资源保护和种群恢复提供...     

植物响应盐胁迫组学研究进展

盐胁迫对植物生长的影响主要表现在离子毒害、渗透胁迫以及次级氧化胁迫等,植物遭受盐胁迫时迅速启动相关基因,进行转录调控,进而合成相应蛋白质来控制代谢物合成和离子转运以调节渗透平衡。随着现代分子生物学迅速发展,对植物耐盐机理研究也深入到了转录组、蛋白质组、代谢组及离子组等水平,"组学"研究为耐盐基因鉴定及标志性代谢物的挖掘等提供了有力手段。该文对近年来国内外有关转录组学、蛋白质组学、代谢组学、离子组学的主要研究方法及在盐胁迫中的应用研究进展进行综述,以揭示植物耐盐机理,为优良耐盐碱植物的筛选与培育提供支持。     

生物组学在污染环境微生物修复研究中的应用

随着分子生物学、生物信息学和各种理化检测技术的发展,特别是人类基因组计划成功实施以来,基因组学研究取得了重大突破与进展。而包括转录组学、蛋白组学和代谢组学在内的后基因组学也相继出现,并被广泛应用在环境微生物学的各个研究领域。本文主要概述了当前基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学在污染环境生物修复研究中的最新研究进展,分析比较了各组学的优势与不足,同时结合本课题组的主要研究方向探讨了各生物组学在赤潮生消过程和有机污染物降解机理等研究中的应用。     

Annotated genes and nonannotated genomes: cross-species use of Gene Ontology in ecology and evolution research

Recent advances in molecular technologies have opened up unprecedented opportunities for molecular ecologists to better understand the molecular basis of traits of ecological and evolutionary importance in almost any organism. Nevertheless, reliable and systematic inference of functionally relevant information from these masses of data remains challenging. The aim of this review is to highlight how the Gene Ontology (GO) database can be of use in resolving this challenge. The GO provides a largely species-neutral source of information on the molecular function, biological role and cellular location of tens of thousands of gene products. As it is designed to be species-neutral, the GO is well suited for cross-species use, meaning that, functional annotation derived from model organisms can be transferred to inferred orthologues in newly sequenced species. In other words, the GO can provide gene annotation information for species with nonannotated genomes. In this review, we describe the GO database, how functional information is linked with genes/gene products in model organisms, and how molecular ecologists can utilize this information to annotate their own data. Then, we outline various applications of GO for enhancing the understanding of molecular basis of traits in ecologically relevant species. We also highlight potential pitfalls, provide step-by-step recommendations for conducting a sound study in nonmodel organisms, suggest avenues for future research and outline a strategy for maximizing the benefits of a more ecological and evolutionary genomics-oriented ontology by ensuring its compatibility with the GO.     

How Prochlorococcus bacteria use nitrogen sparingly in their proteins

Organisms use proteins to perform an enormous range of functions that are essential for life. Proteins are usually composed of 20 different kinds of amino acids that each contain between one and four nitrogen atoms. In aggregate, the nitrogen atoms that are bound in proteins typically account for a substantial fraction of the nitrogen in a cell. Many organisms obtain the nitrogen that they use to make proteins from the environment, where its availability can vary greatly. These observations prompt the question: can environmental nitrogen scarcity lead to adaptive evolution in the nitrogen content of proteins? In this issue, Gilbert & Fagan (2011) address this question in the marine cyanobacteria Prochlorococcus, examining a variety of ways in which cells might be thrifty with nitrogen when making proteins. They show that different Prochlorococcus strains vary substantially in the average nitrogen content of their encoded proteins and relate this variation to nitrogen availability in different marine habitats and to genomic base composition (GC content). They also consider biases in the nitrogen content of different kinds of proteins. In most Prochlorococcus strains, a group of proteins that are commonly induced during nitrogen stress are poor in nitrogen relative to other proteins, probably reflecting selection for reduced nitrogen content. In contrast, ribosomal proteins are nitrogen rich relative to other Prochlorococcus proteins, and tend to be down‐regulated during nitrogen limitation. This suggests the possibility that decaying ribosomal proteins act as a source of nitrogen‐rich amino acids during periods of nitrogen stress. This work contributes to our understanding of how nutrient limitation might lead to adaptive variation in the composition of proteins and signals that marine microbes hold great promise for testing hypotheses about protein elemental costs in the future.     

Bioinformatics: living on the edge

A report on the 11th European Conference on Computational Biology (ECCB), Basel, Switzerland, September 9-12, 2012.