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。     

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。     

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。     

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。     

用全基因组测序评价VNTR分型在泛耐药结核分枝杆菌传播中的应用

近年来,随着技术的进步、测序成本的降低,全基因组测序(whole-genome sequencing,WGS)技术开始应用于结核分枝杆菌传播的研究。本研究采用基于单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)的分型方法评价多位点数目可变串联重复序列(variable-number tandem-repeat,VNTR)分型判断泛耐药结核分枝杆菌(extensively drug-resistant Mycobacterium tuberculosis,XDR-TB)传播及成簇特征的准确性。对2003-2009年重庆市肺科医院诊断的55例XDR-TB菌株分别进行9＋3个位点的VNTR分型和WGS分析,分别构建系统进化树,并比较两种方法判断成簇的一致性与差异。VNTR分型方法鉴定出45个基因型,其中39株为单一基因型,16株(29.1%)分别归入6个基因簇。规定菌株间差异不超过12个SNP即为成簇,WGS将20株(36.4%)分为5个簇。两种方法判断成簇的一致性为 63.6%。与WGS相比,VNTR分型的灵敏度为 40.0%,特异度为 77.1%。相比于WGS,VNTR分型特异度较高,但仅凭其结果可能会错误估计XDR-TB的传播性。因此,规定菌株间相差不超过12个SNP即有近期传播关系是否适用于XDR-TB,有待进一步研究。     

正反向测序信息在全基因组序列拼接及分析中的应用

插入片段双末端正反向测序信息(double-barreled data, DB信息)已广泛应用于大基因组测序组装项目. 根据绘制籼稻全基因组工作框架图的经验, 总结了DB信息在序列组装流程中的应用, 同时, 在原有基础上提出了改进的DB信息使用方法, 包括基因组序列拼接、质量检验和重叠群的连接. 此外, 进一步提出了DB信息在下游数据分析过程中新的应用, 包括利用DB信息获得基因组文库中每个克隆所包含的基因组片段的精确信息, 以及在此基础上设计低成本全基因组基因芯片的一种基因芯片设计新方法. 随着待测序物种的逐年增多, 相信正反向测序信息在基因组测序组装工作, 以及后续的基因组研究中将发挥越来越重要的作用.     

牛全基因组高通量测序技术研究进展

现代科技迅速发展的今天,无疑是分子生物学的世界。基因组测序是对生物的遗传结构进行分析的一种技术。作为一项尤为重要的生物技术。在近几年来得到了迅猛的发展以及应用,并取得了跨越性的进展,在很多领域取得了革命性的成就。无论是在人类疾病的防治,还是在畜牧遗传育种发面都发挥着重要的作用。本综述主要介绍了第一代测序技术、第二代测序技术以及第三代测序技术的原理,并对三者的优缺点进行了比较说明,还分别阐述了全基因组高通量技术在肉牛的起源、遗传育种与优良性状的选育和奶牛的疾病防治、生产性能的提高等方面的研究进展,对当下的高通量测序技术存在的问题进行了讨论,并对其未来进行了展望。     

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。”     

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。     

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。     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

Comparative analysis of whole genome structure of <Emphasis Type="Italic">Streptococcus suis</Emphasis> using whole genome PCR scanning

An outbreak associated with Streptococcus suis infection in humans emerged in Sichuan province, China in 2005. The outbreak is atypical for the apparent large number of human cases, high fatality rate and geographical spread. To determine whether the bacterium has changed, we compared both human and animal isolates from the Sichuan outbreak with those collected previously within China and in other countries using whole genome PCR scanning (WGPScaning) comparative sequencing of several known virulence factor genes and multilocus sequence typing (MLST) analysis. WGPScanning analysis showed that all primer pairs yielded PCR products of the expected sizes in all four strains tested. The nucleotide sequences of all the detected virulence factor genes are identical in the four strains and MLST results showed that the four isolates studied and reference strain all belonged to the ST1 complex. No new genetic changes were found in the genome structure of the isolates from this Sichuan outbreak.     

Genome-wide genetic diversity of 'Nici', the DNA source for the CHORI-260 turkey BAC library and candidate for whole genome sequencing

Vertebrate whole genome sequence assembly can benefit from a priori knowledge of variability in the target genome, with researchers often selecting highly inbred individuals for sequencing. However, for most species highly inbred research lines are lacking, requiring the use of an outbred individual(s). Here we examined the source DNA [Nicholas inbred (Nici)] of the CHORI-260 turkey bacterial artificial chromosome (BAC) library through analysis of microsatellites and BAC sequences. Heterozygosity of Nici was compared with that of individuals from several breeder lines. Seventy-eight microsatellites were screened for polymorphism in a total of 43 birds, identifying an average individual heterozygosity of 0.39, with Nici at 0.35. Additional loci (total of 147) were examined on a subset of individuals to obtain better genome coverage. The mean heterozygosity for this subset was 0.33 with Nici at 0.31. Examination of approximately 200 kb of genome sequence identified SNPs in the order of one per 200 bp in Nici. These data suggest that the heterozygosity of Nici is comparable to other birds of selected breeder lines and that whole genome sequencing would result in an abundant resource of genome-wide polymorphisms.