昆虫基因组及数据库研究进展

基因组序列为昆虫分子生物学研究提供丰富的数据资源,推动系统生物学在古老的昆虫学中蓬勃发展。昆虫基因组学研究已经成为当前的研究热点,目前在NCBI登录注册的昆虫基因组测序计划有494项,其中已提交原始测序数据的昆虫有225种,完成基因组拼接的有215种,具有基因注释的有65种,公开发表的昆虫基因组有43篇。本文综述了测序技术发展的历史及其对昆虫基因组研究的推动作用、昆虫基因组的组装和注释及其存在的问题、昆虫基因组测序进展、昆虫基因组数据库的发展及基因数据挖掘利用的基本思路和对策,以及昆虫基因大数据在害虫防治和资源昆虫利用中的应用前景。     

人体免疫相关的合成生物学生物安全风险和应对策略研究

人体免疫相关的合成生物学一直是国际生物医学领域的前沿热点之一,它在重大疾病免疫疗法和预防医学等领域显示出了巨大的应用潜力。而人类免疫相关的合成生物学生物安全将越来越成为科技造福人类的重要健康研究主题,这一前沿研究领域也关系到总体国家安全和人类未来命运。在与人体免疫相关的合成生物学领域,重点分析潜在生物安全风险因子,从微生物对免疫功能影响、免疫抑制、免疫过激应答、自身免疫反应和人类基因组免疫5个方面进行研究,提出涉及合成生物学相关的生物安全问题并提出应对策略,为人类健康领域生物安全和合成生物技术科技创新发展保驾护航。     

北美国家大动物生物安全实验室的建设与管理

目的 为提高动物实验室生物安全意识,供大动物生物安全实验室设计、施工、使用和管理借鉴.方法 采用考察和分析的方法了解了北美国家大动物生物安全实验室的设计理念、设备、设施、动物试验及动物实验室管理.结果 大动物生物安全实验宝与我国畜牧业健康发展和社会稳定密切相关,我国与国外大动物生物安全实验室存在较大的差距.结论 我国应借鉴国外大动物生物安全实验室设计的理念,完善大动物实验室基础设施,增设相应的设备和提升动物实验室工作人员的生物安全意识.     

基因组时代线粒体基因组拼装策略及软件应用现状

随着测序技术的不断发展,越来越多物种的全基因组数据被测定和广泛应用。在二代基因组数据爆发式增长的同时,除了核基因组数据,线粒体基因组数据也非常重要。高通量测序的全基因组序列中除了核基因组序列也包括线粒体基因组序列,如何从海量的全基因组数据中提取和拼装线粒体基因组序列并加以应用成为线粒体基因组在分子生物学、遗传学和医学等方面的研究方向之一。基于此,从全基因组数据中提取线粒体基因组序列的策略及相关的软件不断发展。根据从全基因组数据中锚定线粒体reads的方式和后续拼装策略的不同,可以分为有参考序列拼装方法和从头拼装方法,不同拼装策略及软件也表现出各自的优势和局限性。本文总结并比较了当前从全基因组数据中获得线粒体基因组数据的策略和软件应用,并对使用者在使用不同策略和相关软件方面给予建议,以期为线粒体基因组在生命科学的相关研究中提供方法上的参考。     

封面说明

正《中华人民共和国人类遗传资源管理条例》于2019年7月1日起正式实施,标志我国人类遗传资源研究进入规范化管理道路。而随着信息技术的高速发展,生物医学也进入了大数据时代,这使得生物医学领域传统的假说驱动模式逐渐转变为数据驱动模式。本期专刊主要介绍了近年来中国人类遗传资源的建设和应用,法医学领域的鉴定、伦理和生物安全问题,     

影像基因组学分析方法研究进展

在生物医学大数据背景下,精准医学的研究重点之一是基因型数据和表型数据的融合及关联分析,通过数据融合及关联分析,认识疾病表型特征与基因多态性及基因活动之间的关系。影像基因组学作为一个新兴研究领域,它将疾病影像数据和基因组数据整合,并挖掘两者之间的联系,从而发现能够反映基因多态或表达的影像特征,在此基础上建立基于影像特征的非侵入式疾病诊断方法,是目前生物医学最有前景的研究领域之一。综述了影像基因组学领域的研究方法,包括基因组数据分析、影像数据分析以及基因组数据-影像数据融合分析方法。在此基础上,介绍了影像基因组学目前在临床上的典型应用,包括疾病的辅助诊断、预后预测和疗效评估。最后,对影像基因组学的未来发展进行了展望。     

图位克隆技术在农作物基因分离中的应用与评价

图位克隆(Map-based cloning)作为分离基因的有效方法, 已在小基因组作物的基因分离中得到了广泛应用和发展, 而在具有大量重复DNA序列的大基因组作物中的应用仍存在挑战。基于图位克隆在基因分离中的重要性, 文章就图位克隆技术的基本内容及发展做简要概述, 着重对图位克隆技术在大基因组作物中的应用进行分析和评价, 同时对它今后可能的发展方向进行了讨论, 以期为大基因组作物基因的分离提供借鉴。     

水产经济鱼类基因组大数据平台的构建与应用

水产经济鱼类是人类重要的蛋白质来源,对其基因组的研究在分子育种、分析水生生物进化等方面起到重要作用。目前,国内缺少分析水产经济鱼类基因测序数据的综合性数据平台。本文搜集并整理了20余种水产经济鱼类的基因组测序数据,并开发了水产经济鱼类基因组大数据平台。该平台包括数据存储、数据下载、数据分析,以及数据可视化展示等模块。通过该平台,用户可以快速检索鱼类基因的功能、表达水平、基因保守性以及共线性等。本研究开发的鱼类大数据平台将促进水产领域对鱼类基因组的分析。该大数据平台可通过IP 47.96.156.188访问。     

中国人群参考基因组及基因组变异图谱资源库

随着人类基因组计划和国际千人基因组计划的实施,已公开数百个中国人个体的全基因组数据。建立高精度的中国人群参考基因组序列,发现并解析中国人群特有的序列变异,是我国未来精准医学研究的基础。为满足未来精准医学研究中国人基因组数据持续增长的科学管理和深入研究的需求,中国科学院北京基因组研究所发展并建立了基于中国人群全基因组测序数据的虚拟中国人基因组数据库(Virtual Chinese Genome Database, VCGDB)和中国人群基因组变异数据库(Genome Variation Map, GVM),面向国内外用户提供数据检索、共享、下载和在线分析服务。本文重点介绍了这两个数据库的特点和功能,以及未来发展与应用前景,以期为中国人群参考基因组及基因组变异图谱资源库的推广使用、发展完善提供有益信息。     

国家级生物大数据中心展望

大数据时代下,科学大数据已经成为科技创新和社会经济发展的新动力。我国是生物数据生产大国,生命大数据是人口健康和国家安全的重要战略资源。面对我国生物数据因存储零散、缺乏系统监管而大量丢失和流失,以及严重依赖国际生物组学大数据中心的局面,亟需从国家层面建设我国自己的生命大数据保存和管理体系。本文以美国NCBI为例介绍了国际生物大数据中心的发展历程及现状,阐明我国建立国家级生物大数据中心的重要性、迫切性、当前历史机遇和发展前景。中国科学院北京基因组研究所生命与健康大数据中心为此做了大量努力,并在数据存储、汇交和转化应用上取得了阶段性成果,以期推进我国生物大数据中心的建设,提高生命科学研究的国际竞争力和影响力。     

生命与健康大数据中心资源

生命与健康多组学数据是生命科学研究和生物医学技术发展的重要基础。然而,我国缺乏生物数据管理和共享平台,不但无法满足国内日益增长的生物医学及相关学科领域的研究发展需求,而且严重制约我国生物大数据整合共享与转化利用。鉴于此,中国科学院北京基因组研究所于2016年初成立生命与健康大数据中心(BIG Data Center, BIGD),围绕国家人口健康和重要战略生物资源,建立生物大数据管理平台和多组学数据资源体系。本文重点介绍BIGD的生命与健康大数据资源系统,主要包括组学原始数据归档库、基因组数据库、基因组变异数据库、基因表达数据库、甲基化数据库、生物信息工具库和生命科学维基知识库,提供生物大数据汇交、整合与共享服务,为促进我国生命科学数据管理、推动国家生物信息中心建设奠定重要基础。     

医学真菌基因组研究进展（下）

近年来,一系列重要医学致病真菌全基因组数据陆续被公布,使人类对这些致病菌的认识提高到全新水平。本文在回溯医学真菌基因组学和基因组测序技术发展历程、综述其发展现状及应用的基础上,再分别介绍重要医学真菌全基因组测序的进展。     

医学真菌基因组学研究进展(上)

近年来,一系列重要医学致病真菌全基因组数据陆续被公布,使人类对这些致病菌的认识提高到全新水平.本文在回溯医学真菌基因组学和基因组测序技术发展历程、综述其发展现状及应用的基础上,再分别介绍重要医学真菌全基因组测序的进展.     

后基因组时代的真菌天然产物发现

真菌产生的次级代谢产物是新药发现的重要来源之一,然而近年来传统的真菌天然产物发现方法在大量真菌基因组测序完成的时代遇到了很大的挑战。如何利用这些基因组数据来发现真菌中新的天然产物已成为后基因组时代天然产物发现的研究重点和热点。本综述先后介绍了真菌天然产物的类型及其相应基因簇和骨架酶的特征,基于基因组挖掘技术发展而来的天然产物发现新策略,以及利用合成生物学理念和技术在真菌天然产物发现中的应用现状,最后展望了后基因组时代中的天然产物发现研究前沿及基因组数据在后基因组时代对真菌天然产物发现的应用前景。     

药用美洲大蠊全基因组测序分析

以美洲大蠊Periplaneta americana为原料生产的康复新液等药品临床疗效显著,得到了广泛应用。本文以四川好医生攀西药业有限责任公司饲养的药用美洲大蠊为材料,首次采用Illumina Hi Seq 2000和Pac Bio SMRT测序平台开展了全基因组测序,并进行基因组组装、注释和分析。原始测序数据经过滤后得到1.4 Tb的二代测序数据和33.81 Gb的三代测序数据。组装结果表明,美洲大蠊基因组大小为3.26 Gb,这在已报道的昆虫基因组中仅次于东亚飞蝗Locusta migratoria。基因组重复序列含量为62.38%,杂合度为0.635%,表明其为复杂基因组。组装的Contig N50和scaffold N50长度分别为28.2 kb、315 kb,单拷贝基因完整性为88.1%,小片段文库测序数据平均比对率为99.8%,测序和组装质量满足后续分析要求。采用De novo预测、同源预测和基于转录本预测3种方法共注释到14 568个基因,其中92.4%的基因获得了功能注释。本研究首次完成了美洲大蠊的全基因组测序,也是大蠊属Periplaneta昆虫的第一个基因组,为美洲大蠊遗传进化分析和药用基因资源挖掘打下了重要基础。     

我国生物安全科技工作成就与展望

生物安全是国家安全的重要组成部分,科技是国家生物安全的重要战略支撑。针对我国当前面临的重大生物安全威胁,科技部进行了一系列项目部署,不断加强生物安全科技支撑能力建设。本文重点总结了自"十二五"以来我国生物安全科技工作在重大新发突发传染病防控、外来物种入侵甄别与防控、实验室生物安全、生物安全特种资源库建设、基因合成与编辑技术等方面取得的主要成就,展望了前沿生物技术发展与学科交叉融合所带来的新型生物安全风险与防控机遇,并对我国生物安全科技发展提出建议。     

进化基因组学

进化基因组学是一门刚刚起步的新兴学科,在诞生以来的10余年里取得了巨大的进展。通过基因组数据的比较诠释基因功能、研究生物进化,和通过分析新基因起源研究基因组本身的进化是进化基因组学研究的两大主要内容。它的诞生在生物学各分支学科都产生了巨大的影响,今后必将在人类理解生命起源和发展的过程中发挥越来越重要的作用。     

侧翼序列获取技术研究进展

侧翼序列是指染色体中特定位点两侧的DNA序列,包含着候选基因、转录调控、染色体结构、生物安全等信息,在基因组学研究中具有重要的作用。侧翼序列获取技术主要应用于启动子和增强子等调控序列的克隆、鉴定T-DNA或转座子插入位点、染色体步移、全基因组空隙填补等,是结构基因组研究以及功能基因组研究的重要手段,在转基因动植物鉴定及安全管理等方面具有重要应用。随着分子生物学的发展,目前已经建立了许多侧翼序列的获取方法,依据技术原理可以分为质粒拯救法、反向PCR法、外源接头介导PCR法、半随机引物PCR法和基因组重测序法等5大类。本文系统总结了近年来侧翼序列获取技术的研究进展,并对这些技术的原理以及应用情况进行了较为系统的综述,为侧翼序列信息的获取提供参考。     

家养动物基因组拷贝数变异研究进展及其育种应用展望

家养动物参考基因组组装的不断完善和群体重测序数据的持续增加促进了基因组中大量变异的发现。基因组上的变异主要包括单核苷酸变异(SNP)和拷贝数变异(CNV)两种类型。相对于数量众多,已经被广泛研究和用作分子育种标记SNP,目前已经被发现和经过实验验证其功能的CNV数量较少,鲜有被直接用作分子标记进行育种的报道。CNV片段长度大、在基因组中普遍存在且比SNP变异覆盖的基因组范围更广,所以可能对农艺性状造成很大影响,其在畜禽基因组研究和育种应用中具有广阔前景。重点讨论了家养动物CNV的研究进展,并对其在家养动物育种中的应用进行了分析展望。     

重要呼吸道传染病智慧化监测预警与有效应对策略探讨

全球新发突发传染病不断出现,特别是新型冠状病毒肺炎疫情暴发,对人类健康和社会发展造成巨大影响.本文通过不同渠道收集有关资料,试图梳理我国呼吸道传染病监测预警发展和现状,探讨采用大数据、区块链、人工智能等高新技术,建立智慧化新发突发呼吸道传染病监测预警平台.运用统一关键数据标准、口径,打通部门之间数据壁垒,建立数据共享机制,实时自动采集与传染病有关的数据信息.利用大数据、人工智能、云计算等技术,建立相关数据模型,强化数据分析应用,达到早期识别和预警,做到遏止突发事件的发生发展和传播.同时,在疫情防控过程中能够实时获得疫情的发生发展趋势,及时提出科学精准的有效防控策略.不断提升我国应对突发公共卫生事件的能力和水平,保障我国生物安全.