微生物基因组的生物信息学研究平台的建立

随着人类基因组计划及其它测序工作顺利进行,人们已经得到了大量的基因序列。如何阐明这些序列的功能和意义,是功能基因组学的主要任务,生物信息学和比较基因组学为加速这一进程提供了有利的工具,该研究建立了对已经完成全基因组测序和部分测序的25种细菌的基因组的生物信息学研究平台,提供了WEB形式的服务（http://202.116.74.108)。25种细菌的全基因组蛋白质序列可以在NCBI的ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/genomes/bacteria下载,该系统可以按照基因序列号,功能和种属名查询基因序列。根据美国国家信息中心（NCBI）的功能代码表对每个基因进行了自动和手工分类,并可查询分类情况,在此基因上建立了几种亲缘关系相近的种属的同源基因相互注释功能的应用。     

面向大规模人群的基因组注释系统

基因组注释是识别出基因组序列中功能组件的过程,其可以直接对序列赋予生物学意义,由此方便研究者探究和分析基因组功能.基因组注释可以帮助研究从三个层次上理解基因组,一种是在核苷酸水平的注释,主要确定DNA序列中基因、RNA、重复序列等组件的物理位置,包括转录起始,翻译起始,外显子边界等具体位置信息.同时可以注释得到变异在不...     

后基因组时代的基因组功能注释

基因组功能注释是后基因组时代功能基因组学研究的热点领域.从基因组功能注释的研究内容与研究手段出发,重点综述了生物信息学在该领域方法学上的研究进展,并展望了今后的发展前景.     

微生物基因组的生物信息学研究平台的建立*

随着人类基因组计划及其它测序工作顺利进行,人们已经得到了大量的基因序列。如何阐明这些序列的功能和意义,是功能基因组学的主要任务。生物信息学和比较基因组学为加速这一进程提供了有利的工具。该研究建立了对已经完成全基因组测序和部分测序的25种细菌的基因组的生物信息学研究平台,提供了WEB形式的服务(http://202.116.74.108)。25种细菌的全基因组蛋白质序列可以在NCBI的ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/geabank/genomes/bacteria下载。该系统可以按照基     

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。     

中华民族基因组多态性数据库的构建

为配合总体的实验研究构建了中华民族基因组多态性(Genomic Polymorphism of Chinese Ethnic Groups,简称GPCEG)数据库,现已初步建成包括民族名称、基本情况介绍、体态特征、基因多态性数据、永生细胞株系、参考文献、国际相关数据库连接等内容的数据库,并完成了其可视化浏览及查询系统的建立,为建成具有中国特色的国家自有数据库奠定了基础,也可为从事相关研究的科学工作者提供信息服务。     

蛋白质基因组学：运用蛋白质组技术注释基因组

随着高通量DNA测序技术的飞速发展,越来越多的物种完成了基因组测序．定位编码基因、确定编码基因结构是基因组注释的基本任务,然而以往的基因组注释方法主要依赖于DNA及RNA序列信息．为了更加精确地解读完成测序的基因组,我们需要整合多种类型的组学数据进行基因组注释．近年来,基于串联质谱技术的蛋白质组学已经发展成熟,实现了对蛋白质组的高覆盖,使得利用串联质谱数据进行基因组注释成为可能．串联质谱数据一方面可以对已注释的基因进行表达验证,另一方面还可以校正原注释基因,进而发现新基因,实现对基因组序列的重新注释．这正是当前进展较快的蛋白质基因组学的研究内容．利用该方法系统地注释已完成测序的基因组已成为解读基因组的一个重要补充．本文综述了蛋白质基因组学的主要研究内容和研究方法,并展望了该研究方向未来的发展．     

栽培种西番莲基因组序列及比较基因组分析

栽培种西番莲是中国南方广泛种植的果树,但是其基因组信息尚不清楚,严重制约了西番莲分子遗传学研究。本研究利用高通量测序得到的14.1 Gb原始数据及165.7 Mb组装到Scaffold水平、代表栽培种西番莲基因组的序列进行生物信息学分析。结果表明,西番莲基因组中含有大量的简单序列重复(simple sequence repeats, SSR)。通过与木薯和桃树基因组比对,西番莲基因组有23 053个预测基因。利用NR、Swiss Port、KEGG、InterPro、Pfam和GO数据库,西番莲预测基因能比对到282个植物基因组上。利用GO数据对注释基因的功能进行归类,即Biological process、Cellular component和Molecular function,再细化为41个二级功能,大部分基因与碳水化合物、有机酸、脂等代谢途径相关。KEGG通路富集将基因功能分为5大类19个二级功能,众多基因与新陈代谢通路相关,其中最大一类是碳水化合物代谢相关基因。通过基因家族的聚类分析,栽培种西番莲12 767个基因可以聚类到9 868个基因家族中,平均每个家族包含有1.29个基因,同时有291个特有基因家族。在进化关系中,栽培种西番莲与毛果杨和蓖麻的亲缘关系较近。本研究为西番莲的基因功能研究和分子育种奠定基础。     

环境微生物基因组技术研究进展

环境微生物基因组学是基于功能和序列的基础上对得到的环境样品基因组进行分析的科学,是目前国际生物技术研究开发的最新热点之一。对环境微生物基因组技术的概念、研究策略和筛选方式进行了介绍,并对该技术存在的问题和未来发展方向做了展望。     

草地贪夜蛾基因组注释及分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda近年来在我国迅速扩散,造成了重大的经济损失,引起社会关注。草地贪夜蛾基因组序列对深入研究其迁飞、入侵和抗药性等特性具有十分重要的作用。目前,已有5个版本的基因组序列被公开报道,但3个版本无基因组注释信息。除以Sf 9细胞系为DNA来源的基因组版本外,其他版本的scaffold N50过小,拼接质量偏低。为此,本研究选取了scaffold N50最大的草地贪夜蛾Sf 9细胞系基因组进行了蛋白编码基因注释。该版本的基因组重复序列占比28.1%。CEGMA评估显示该本版本基因组可覆盖93.6%的核心基因,BUSCO评估显示可覆盖90.8%的核心基因。利用OMIGA注释流程预测到25 699个蛋白质编码基因,详细的基因序列可从InsectBase网站获得(http://www.insect-genome.com/FAW/),其中具有GO注释的基因为15 623个,具有KEGG注释的基因共有9 213个。选取了12个鳞翅目昆虫进行比较基因组学分析,发现草地贪夜蛾与斜纹夜蛾的亲缘关系最近,两者分化时间大约在1 284万年前。对12个鳞翅目昆虫蛋白质编码基因进行同源分析,在草地贪夜蛾中发现了2 490个单拷贝基因、891个鳞翅目特有基因、2 360个物种特异扩增基因和4 180个物种特异基因。GO富集分析显示,2 360个物种特异扩增基因主要参与DNA整合、代谢相关的生物过程;4 180个物种特异基因主要参与酶活性、光感受、糖代谢等,KEGG通路富集发现草地贪夜蛾特异基因主要参与氨基酸代谢、糖代谢和Wnt信号通路。本研究结果丰富了草地贪夜蛾的基因信息,对进一步了解其生物学特性、开发新型绿色防控方法具有指导意义。     

细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂Roscovitine对3种蓝藻生长和活性的影响

为了明确蓝藻中丝氨酸/苏氨酸激酶的功能是否与调控细胞的生长分裂相关,以丝状鱼腥藻7120、单细胞集胞藻6803和聚球藻7002为对象,利用OD750光吸收测定和MTT方法研究了不同浓度丝氨酸苏氨酸激酶抑制剂roscovitine对其生长和脱氢酶活性的影响。结果表明:4 h roscovitine处理后对鱼腥藻7120和集胞藻6803生长量影响不大,对聚球藻7002的生长有促进作用。4 h roscovitine的处理对鱼腥藻7120有浓度依赖的显著抑制活性,对集胞藻6803的活性无影响,但是却促进聚球藻7002的活性。药物作用4 d后,7120的生长和活性均显著降低,并有浓度效应;6803的生长量较对照减少,但活性变化不明显;聚球藻7002的生长和活性均未受影响。显微观察结果显示,roscovitine对3种细胞形态没有影响,但药物作用4 d后的7120藻丝体较短。结果表明丝氨酸/苏氨酸抑制剂roscovitine影响丝状藻7120的生长和活性。     

FNRD在聚球藻7002中的表达及其性质研究

置于Lac启动子和Kan启动子控制之下的petHL基因分别转化蓝细菌Synechococcussp.PCC7002,从Southern blot分析结果推断,petHL已整合到蓝细菌染色体DNA上。Western blot分析表明,转入蓝细菌体内的petHL基因得到了表达,且Kan启动子启动该基因表达的效率高于Lac启动子。内源FNRD表现出与FNR全酶相同的稳定性。Triton X-114分相实验结果显示,部分FNRD可进入Triton X-114相,推测这些分子可能发生了脂酰化修饰。同时FNRD在体内可能参与了光合电子传递而使光合放氧速率增加。     

聚球藻7002在光生物反应器中的光自养培养

通过对聚球藻7002在光生物反应器中的培养,研究了光强在聚球藻7002培养液中的衰减规律,得到了培养过程光强随藻细胞浓度和光程距离变化的关系式,即I=I₀exp［-(-0.0239+0.0777OD₇₅₀)·L］。并对培养过程特性及培养温度、外加CO₂浓度和光照强度对藻细胞生长的影响进行了较为详细的研究,得到了反应器中较为适宜的聚球藻7002的培养条件,藻细胞培养密度达到3.4g/L(干重),体积产率达到0.57g/(L·d)的较高水平。     

利用响应面方法优化转小鼠金属硫蛋白-I基因聚球藻7002的培养基成分

为实现转小鼠金属硫蛋白基因-I聚球藻7002的高密度培养, 并将其应用于实际的重金属废水处理过程, 首先需要对培养基的成分进行优化。本文利用响应面这一多因素过程优化的有效工具, 通过全因子实验、最陡爬坡实验和中心组合实验, 对转小鼠金属硫蛋白基因-I聚球藻7002培养基的主要成分以及初始pH进行了优化。优化后的培养基组成为: NaHCO3 1.696 g/L, NaNO3 8.57 g/L, 初始pH为8.57, 其他成分同Medium A。优化条件分别在2 L和20 L气升式光生物反应器中得到了验证, 最大细胞浓度分别达到每升4.16 g干重和每升3.12 g干重, 分别比优化前提高了9倍和7倍, 从而为其产业化应用打下基础。     

人尿激酶原基因在聚球藻7002中的克隆和表达

将人尿激酶原基因连在ＰｐｓｂＡ启动子之后,再将启动子连同基因克隆入整合载体ｐＴＺ１８中。ｐＴＺ１８－８中含有一段来源于集胞藻６８０３的ｐｓｂＢ基因片段作为整合平台。将整合表达载体用直接转化的方法转聚球藻Ｓｙｎｅ－ｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐ．ＰＣＣ７００２中。经氨苄青霉素选前扩大培养后的转化进行ＤＮＡ斑点印迹及Ｗｅｓｔｅｒｎ印迹, 基因的存在及表达,菌体破碎后的上清液有较高的溶解纤维蛋白的活性,说明表     

Cloning and Expression of Human Pro-urokinase Gene in the Cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002

Pro-urokinase (pro-UK) gene was ligated with promoter PpsbA and cloned into the integrative vector pTZ18-8, which contained a psbB gene fragment from Synechocystis sp. PCC 6803 as the integrative platform. The expression vector was transferred into Synechococcus sp.PCC 7002 via natural transformation. Transformants conferring ampicillin resistance were amplified and then analyzed. DNA dot blot and Western blot demonstrated the existence and expression of pro-UK gene. The supernatant from crude cell extract showed thrombolytic activity, indicating that the expression product did not form inclusion bodies. According to the results of ELISA, expression of pro-UK was about 2×10 -5 -3×10 -5 g per gram of wet cells.     

人表皮生长因子（hEGF）基因在蓝藻中的表达

人表皮生长因子（hEGF)是由53个氨基酸组成的蛋白,在临床上内服与外敷可促进内外表皮细胞的生长。将人工合成的hEGF基因连接到质粒pRL-489上,位于启动子psb下游。验证连接成功后,用三亲接合转移方法将载体pRL-hEGF导入聚球藻Synechococcus sp.PCC7002和鱼腥藻Anabeana sp.PCC7120。由于pRL-hEGF没有能在单细胞蓝藻中自主复制的复制子,通过筛选,hEGF在聚球藻7002中是整合到蓝藻染色体上进行表达的。用PCR扩增的方法在两种转基因藻中均检测到hEGF基因的存在。放射免疫分析证明,hEGF基因在两种转基因藻中均得到了表达。而且,在聚球藻7002中是采用分泌形式将表达产物分泌到培养液中。     

BEACON: automated tool for Bacterial GEnome Annotation ComparisON

Background

Genome annotation is one way of summarizing the existing knowledge about genomic characteristics of an organism. There has been an increased interest during the last several decades in computer-based structural and functional genome annotation. Many methods for this purpose have been developed for eukaryotes and prokaryotes. Our study focuses on comparison of functional annotations of prokaryotic genomes. To the best of our knowledge there is no fully automated system for detailed comparison of functional genome annotations generated by different annotation methods (AMs).

Results

The presence of many AMs and development of new ones introduce needs to: a/ compare different annotations for a single genome, and b/ generate annotation by combining individual ones. To address these issues we developed an Automated Tool for Bacterial GEnome Annotation ComparisON (BEACON) that benefits both AM developers and annotation analysers. BEACON provides detailed comparison of gene function annotations of prokaryotic genomes obtained by different AMs and generates extended annotations through combination of individual ones. For the illustration of BEACON’s utility, we provide a comparison analysis of multiple different annotations generated for four genomes and show on these examples that the extended annotation can increase the number of genes annotated by putative functions up to 27 %, while the number of genes without any function assignment is reduced.

Conclusions

We developed BEACON, a fast tool for an automated and a systematic comparison of different annotations of single genomes. The extended annotation assigns putative functions to many genes with unknown functions. BEACON is available under GNU General Public License version 3.0 and is accessible at: http://www.cbrc.kaust.edu.sa/BEACON/.

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.1186/s12864-015-1826-4) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

RGAAT: A Reference-based Genome Assembly and Annotation Tool for New Genomes and Upgrade of Known Genomes

The rapid development of high-throughput sequencing technologies has led to a dramatic decrease in the money and time required for de novo genome sequencing or genome resequencing projects, with new genome sequences constantly released every week. Among such projects, the plethora of updated genome assemblies induces the requirement of version-dependent annotation files and other compatible public dataset for downstream analysis. To handle these tasks in an efficient manner, we developed the reference-based genome assembly and annotation tool (RGAAT), a flexible toolkit for resequencing-based consensus building and annotation update. RGAAT can detect sequence variants with comparable precision, specificity, and sensitivity to GATK and with higher precision and specificity than Freebayes and SAMtools on four DNA-seq datasets tested in this study. RGAAT can also identify sequence variants based on cross-cultivar or cross-version genomic alignments. Unlike GATK and SAMtools/BCFtools, RGAAT builds the consensus sequence by taking into account the true allele frequency. Finally, RGAAT generates a coordinate conversion file between the reference and query genomes using sequence variants and supports annotation file transfer. Compared to the rapid annotation transfer tool (RATT), RGAAT displays better performance characteristics for annotation transfer between different genome assemblies, strains, and species. In addition, RGAAT can be used for genome modification, genome comparison, and coordinate conversion. RGAAT is available at https://sourceforge.net/projects/rgaat/ and https://github.com/wushyer/RGAAT_v2 at no cost.