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。     

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。     

采用高通量测序技术分析尾病毒目噬菌体基因组末端序列特点

证明噬菌体高通量测序中高频出现的序列即是噬菌体基因组的末端序列。在T3噬菌体基因组末端连接特异性序列接头,然后进行高通量测序,同时将不加接头的T3基因组也进行高通量测序,对测序结果进行生物信息学比较分析。采用类似高通量测序技术分析N4样噬菌体的全基因组序列。加接头的序列与无接头序列中的高频序列完全一致,证明了高通量测序过程中得到的高频序列就是加接头的基因组末端序列,同时证明T4样噬菌体的末端具有序列特异性而非完全随机,此外我们还发现N4样噬菌体基因组左侧末端具有唯一序列,而其基因组右侧末端不均一。高通量测序技术方便快捷,可用于噬菌体基因组末端和全基因组序列的同时测定。     

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。     

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。     

高通量测序技术及其应用

高通量测序技术是DNA测序发展历程的一个里程碑,它为现代生命科学研究提供了前所未有的机遇。详细介绍了以454、Solexa和SOLiD为代表的第二代高通量测序技术,以HeliScope TIRM和Pacific Biosciences SMRT为代表的单分子测序技术,以及最近Life Science公司推出的Ion Personal Genome Machine (PGM)测序技术等高通量测序技术的最新进展。在此基础上,阐述了高通量测序技术在基因组测序、转录组测序、基因表达调控、转录因子结合位点的检测以及甲基化等研究领域的应用。最后,讨论了高通量测序技术在成本和后续数据分析等方面存在的问题及其未来的发展前景。     

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.     

高通量测序技术在食品微生物研究中的应用

高通量测序技术的快速发展对食品微生物发酵过程和机制研究产生了深刻的影响,主要体现在食品微生物生理功能、代谢能力和进化的研究以及食品微生物群落结构、动态变化及其对环境的响应机制等方面。另外,通过对食品微生物基因组和元基因组进行数据分析,也对食品发酵过程优化、微生物功能改造、食源性微生物疾病预防和控制等提供了重要的依据。本文总结了近年来利用高通量测序技术对食品微生物基因组和元基因组进行测序的研究,并探讨了测序技术的发展对食品微生物研究的影响及发展趋势。     

高通量测序序列比对研究综述

高通量测序技术的飞速发展,给生物信息学带来了新的机遇和挑战,第二代测序序列数量多、长度短使得原来的序列分析手段不再适用。近几年来,针对高通量测序的序列分析算法和软件日益增多,目前已有上百种,导致选择合适的软件成为一个难题。对第二代测序的测序类型、序列类型以及分析算法进行了总结和归纳,对现今常用的分析软件的序列的类型、长度以及软件应用算法、输入/输出格式、特点和功能等方面做了详细分析和比较并给出建议。分析了现今测序技术和序列分析存在的问题,预测了今后的发展方向。     

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.     

二代及三代测序技术在遗传学诊断中的应用进展

遗传病的防治是公共卫生领域的重大课题,而明确病因是遗传病防治的重要环节。高通量测序技术（又称二代测序技术）具有高通量、低成本、高准确度的优点,为遗传诊断及咨询提供了直接证据,已成为遗传学检测不可或缺的有力工具;第三代测序也凭借其长读长的独特优势在临床应用中占据一席之地。二代及三代测序技术各有特点,互为补充,临床中针对不同的检测需求有多种类型的测序方案可供选择。基于此,对二代及三代测序技术的原理、分类及其在遗传学诊断中的应用进展做一综述,以期为临床测序方案的选择提供思路和指导。     

基于全基因组测序的法医单核苷酸多态性系谱推断研究

目的 通过全基因组测序（whole genome sequencing，WGS）获得高密度单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）分型数据，评估分型准确性，研究建立WGS数据用于法医SNP系谱推断的方法。方法 通过华大MGISEQ-200RS测序平台对样本进行深度为30×的WGS，从测序数据中提取Wegene GSA芯片中的645 199个常染色体SNP位点，质控过滤后运用IBS/IBD算法计算预测亲缘关系，并对样本的族群来源进行分析。结果 从测序数据中提取的SNP分型与Wegene GSA芯片分型的一致率大于99.62%。测序获得的SNP数据使用IBS算法可预测1~4级亲缘关系，4级亲缘预测置信区间准确性达100%，使用IBD算法可预测1~7级亲缘关系，7级亲缘预测为有亲缘关系的准确性达100%，通过高深度WGS数据获取的SNP系谱推断能力与芯片预测结果无显著差异。同时，WGS数据用于族群推断与调查结果一致。结论 WGS技术可应用于法医SNP系谱推断，为案件侦破提供线索。     

微生物全基因组测序组装中的g印填补方法

目的：研究和开发高通量测序全基因组组装过程中的填补gap的方法。方法：研究组装软件的算法,使用Perl语言编写自动填补gap的程序,并建立全基因组组装的流程。结果：提出了填补gap的末端延伸法,并使用Perl语言进行了编程;在对立克次体高通量测序的组装过程中,这些方法能大大减少gap的数量。结论：本研究提出的末端延伸法能够高效填补全序列组装过程中出现的gap,具有很强的实用性。     

Sequencing of Camelina neglecta,a diploid progenitor of the hexaploid oilseed Camelina sativa

Camelina neglecta is a diploid species from the genus Camelina, which includes the versatile oilseed Camelina sativa. These species are closely related to Arabidopsis thaliana and the economically important Brassica crop species, making this genus a useful platform to dissect traits of agronomic importance while providing a tool to study the evolution of polyploids. A highly contiguous chromosome-level genome sequence of C. neglecta with an N50 size of 29.1 Mb was generated utilizing Pacific Biosciences (PacBio, Menlo Park, CA) long-read sequencing followed by chromosome conformation phasing. Comparison of the genome with that of C. sativa shows remarkable coincidence with subgenome 1 of the hexaploid, with only one major chromosomal rearrangement separating the two. Synonymous substitution rate analysis of the predicted 34 061 genes suggested subgenome 1 of C. sativa directly descended from C. neglecta around 1.2 mya. Higher functional divergence of genes in the hexaploid as evidenced by the greater number of unique orthogroups, and differential composition of resistant gene analogs, might suggest an immediate adaptation strategy after genome merger. The absence of genome bias in gene fractionation among the subgenomes of C. sativa in comparison with C. neglecta, and the complete lack of fractionation of meiosis-specific genes attests to the neopolyploid status of C. sativa. The assembled genome will provide a tool to further study genome evolution processes in the Camelina genus and potentially allow for the identification and exploitation of novel variation for Camelina crop improvement.     

Whole Mitochondrial Genome Sequence of an Indian Plasmodium falciparum Field Isolate

Mitochondrial genome sequence of malaria parasites has served as a potential marker for inferring evolutionary history of the Plasmodium genus. In Plasmodium falciparum, the mitochondrial genome sequences from around the globe have provided important evolutionary understanding, but no Indian sequence has yet been utilized. We have sequenced the whole mitochondrial genome of a single P. falciparum field isolate from India using novel primers and compared with the 3D7 reference sequence and 1 previously reported Indian sequence. While the 2 Indian sequences were highly divergent from each other, the presently sequenced isolate was highly similar to the reference 3D7 strain.     

Whole Genome Amplification for Sequencing and Applications in Conservation Genetics

Abstract: We describe a method for rapidly amplifying whole genomes via a Phi29 DNA polymerase-mediated strand displacement reaction (SDR). Genomic amplification products derived from the SDR reaction resulted in high quantities of DNA suitable for polymerase chain reaction (PCR) amplification and sequencing of mitochondrial genomes. Control region sequences of DNA derived directly from PCR amplicons of extracted DNA were identical to those derived from PCR amplification of SDR genomic DNA. Effective SDR amplification and subsequent sequencing was successful across tissues sources ranging in age from 1 year to 19 years. Strand replacement reaction genomic amplification offers a means of obtaining large quantities of DNA from small amounts of tissue.     

藻类植物叶绿体基因组研究进展

藻类植物的cpDNA结构复杂,普遍缺失反向重复序列IR,且存在IR的藻类植物种类的cpDNA也有IR变短退化迹象.藻类植物的cpDNA包含的基因一般比高等植物要多,编码能力更强.藻类植物cpDNA全序列的测定方法主要是Fosmid文库构建,配合使用Long-PCR技术.该文对国内外有关藻类植物叶绿体基因组结构、叶绿体编码基因、叶绿体基因组在藻类系统发育中的应用以及藻类植物叶绿体基因组的提取和序列测定方法等进行综述,为藻类植物的系统发育和叶绿体起源以及功能基因组学的研究提供理论依据.     

ANGSD: Analysis of Next Generation Sequencing Data

Background

High-throughput DNA sequencing technologies are generating vast amounts of data. Fast, flexible and memory efficient implementations are needed in order to facilitate analyses of thousands of samples simultaneously.

Results

We present a multithreaded program suite called ANGSD. This program can calculate various summary statistics, and perform association mapping and population genetic analyses utilizing the full information in next generation sequencing data by working directly on the raw sequencing data or by using genotype likelihoods.

Conclusions

The open source c/c++ program ANGSD is available at http://www.popgen.dk/angsd. The program is tested and validated on GNU/Linux systems. The program facilitates multiple input formats including BAM and imputed beagle genotype probability files. The program allow the user to choose between combinations of existing methods and can perform analysis that is not implemented elsewhere.

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.1186/s12859-014-0356-4) contains supplementary material, which is available to authorized users.