基因芯片与高通量DNA测序技术前景分析

基因芯片与第二代DNA测序是两种重要的高通量基因组学研究技术,对于揭示基因组的结构与功能已经并正在发挥重要的推动作用．基因芯片技术建立了10多年,技术日渐成熟,在功能基因组、系统生物学、药物基因组的研究中已经得到了广泛的应用．2003年,454公司首先建立了高通量的第二代测序技术,其他公司相继推出了Solexa和Solid测序技术．虽然第二代测序技术建立的时间不长,但发展非常快,已经应用于基因组,包括测序和表观基因组学以及功能基因组学研究的许多方面．本文简要综述了基因芯片和第二代测序技术及其应用进展,并分析了这两种高通量基因组学技术的前景．     

高通量测序技术在动植物研究领域中的应用

高通量测序是核酸测序研究的一次革命性技术创新, 该技术以极低的单碱基测序成本和超高的数据产出量为特征, 为基因组学和后基因组学研究带来了新的科研方法和解决方案. 在动植物研究领域, 高通量测序引领了一次具有里程碑意义的科学研究模式革新, 科研人员可利用该技术在基因组、转录组和表观基因组等领域展开多层次多方面多水平研究. 本文就高通量测序技术应用于动植物基因组学和功能基因组学研究进展进行了系统阐述, 并对当前高通量测序技术的现状和热点及未来的发展趋势作了深入剖析和讨论.     

探索染色质三维构象的“工具箱”研究进展

三维基因组学是研究基因组三维空间结构与功能的一门学科.基于不同的研究目的和生物学问题,目前发展出了各种各样的三维基因组学研究方法,这些方法对推动三维基因组学发展有积极的影响.本文以三维基因组学的提出和发展过程为线索,对三维基因组学的主要研究方法进行了系统地归类与介绍,包括基于测序技术(基于邻近连接)的Hi-C, capture Hi-C, single-cell Hi-C, DLO Hi-C, ChIA-PET, Hi-ChIP等;基于测序技术(不基于邻近连接)的ChIA-Drop, SPRITE, GAM;以及基于影像技术的seqFISH, CRISPRainbow, SABER amplifies FISH.最后,本文对染色体构象捕获技术的发展方向进行了简单的展望.     

基于高通量测序的植物群体基因组学研究进展

作为群体遗传学一种新的表现形式,群体基因组学是将基因组概念和技术与群体遗传学理论体系相结合,通过覆盖全基因组范围内的多态位点的分布式样推测位点特异性效应和全基因组效应,从而提升人们对微进化的理解。近年来,随着第二代高通量测序技术的出现和改进,完成基因组测序的植物种类迅速增加,大规模的重测序也随之开展。与此同时,在一些尚未完成基因组测序的植物物种中,也开展了一些平行测序。这些重测序和平行测序极大地促进了群体基因组学的发展,加深了人们对相关植物种群在基因组水平上的遗传多样性、连锁不平衡水平、选择作用、群体历史及复杂性状的分子机理等群体基因组学方面的认识。本文简要介绍了群体基因组学的概念、研究方法等,重点综述了基于高通量测序的植物群体基因组学的研究动态,展望了植物群体基因组学的发展前景并讨论了存在的问题,以期为相关研究提供借鉴和参考。     

结构基因组学研究与核磁共振

各种生物的基因组DNA测序计划的完成,将结构生物学带入了结构基因组学时代.结构基因组学是对所有基因组产物结构的系统性测定,它运用高通量的选择、表达、纯化以及结构测定和计算分析手段,为基因组的每个蛋白质产物提供实验测定的结构或较好的理论模型,这将加速生命科学各个领域的研究.生物信息学、基因工程、结构测定技术等的发展为结构基因组学研究提供了保证.近年来核磁共振在技术方法上的进展,使其成为结构基因组学高通量结构分析中的一个关键方法.     

乳酸菌基因组学研究进展

伴随着高通量测序技术的快速发展和测序成本的降低,越来越多的微生物基因组全序列测定得以实现,从基因组学的层面了解乳酸菌的遗传结构和组成,进而分析和掌握其生物学功能已经逐渐成为可能.迄今为止已经有22株乳酸菌的基因组完成测序并公开发表,还有至少12株测序工作仍在进行中.本文在分析相关文献和生物信息数据基础上,从乳酸菌基因组特点、代谢多样性、进化及共线性四个方面对乳酸菌基因组学研究进展进行了总结,旨在为乳酸菌研究和应用提供参考.     

昆虫学研究进入基因组学时代

自2000年果蝇(Drosophila melanogaster)基因组公布以来,昆虫基因组学得到了快速发展并为昆虫学的研究思路和方法带来了革命性转变.本文介绍了近年来DNA测序技术和生物信息学的发展及其对昆虫基因组学研究的促进作用,综述了模式昆虫、卫生害虫、社会性昆虫和农业昆虫的基因组学研究现状,并对昆虫基因组学研究的意义和发展趋势进行了总结和展望.     

基于高通量测序的群体基因组学——植物病原真菌研究新方向

群体基因组学能够从全基因组水平揭示种群结构与进化、物种形成、适应性机制等。随着高通量技术的不断发展,基因组测序成本不断降低,大规模测序已成为可能。近几年被全基因组测序的真菌数量迅速增加,极大地促进了真菌群体基因组学的发展,加深了人们对植物病原真菌起源、遗传多样性、选择作用、致病性、毒力因子、杀菌剂抗药性、寄主专化型等生物学特性的认识。本文简要介绍了植物病原真菌的全基因测序以及比较基因组学的研究进展,重点综述了基于高通量测序的病原真菌群体基因组学的最新研究动态。群体基因组学将成为植物病原真菌一个新的研究方向。     

环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法

高通量测序技术的发展促进了组学技术在环境微生物研究中的广泛应用,而宏基因组学是目前最为关键和成熟的组学方法。生物信息学在微生物宏基因组学研究中具有至关重要的作用。它贯穿于宏基因组学的数据收集和存储、数据处理和分析等各个阶段,既是宏基因组学推广的最大瓶颈,也是目前宏基因组学研究发展的关键所在。本文主要介绍和归纳了目前在高通量宏基因组测序中常用的生物信息学分析平台及其重要的信息分析工具。未来几年之内,测序成本的下降和测序深度的增加将进一步增大宏基因组学研究在数据存储、数据处理和数据挖掘层面的难度,因此相应生物信息学技术与方法的研究和发展也势在必行。近期内我们应该首先加强基础性分析和存储平台的建设以方便普通环境微生物研究者使用,同时针对目前生物信息分析的瓶颈步骤和关键任务重点突破,逐步发展。     

真菌群体基因组学研究进展

近年来,随着第二代高通量测序技术的出现和发展,测序成本不断降低,完成全基因组测序的真菌物种迅速增加。以大规模测序为基础的群体基因组学,也逐渐应用于解析真菌的群体结构、物种形成、种群分化和位点特异性效应。本文综述了群体基因组学在工业真菌、病原真菌、食用真菌、共生真菌及其在表型性状遗传基础解析中的研究进展,并对其今后的发展方向进行了展望。     

Perspectives of DNA microarray and next-generation DNA sequencing technologies

DNA microarray and next-generation DNA sequencing technologies are important tools for high-throughput genome research, in revealing both the structural and functional characteristics of genomes. In the past decade the DNA microarray technologies have been widely applied in the studies of functional genomics, systems biology and pharmacogenomics. The next-generation DNA sequencing method was first introduced by the 454 Company in 2003, immediately followed by the establishment of the Solexa and Solid techniques by other biotech companies. Though it has not been long since the first emergence of this technology, with the fast and impressive improvement, the application of this technology has extended to almost all fields of genomics research, as a rival challenging the existing DNA microarray technology. This paper briefly reviews the working principles of these two technologies as well as their application and perspectives in genome research. Supported by the National High-Tech Research Program of China (Grant No.2006AA020704) and Shanghai Science and Technology Commission (Grant No. 05DZ22201)     

基于新一代高通量技术的人类疾病组学研究策略

近年来,包括第二代测序技术和蛋白质谱技术等在内的新一代高通量技术越来越多的应用于解决生物学问题尤其是人类疾病的研究。这种以数据为导向,大规模、工业化的研究模式,使得从基因组水平、转录组水平、蛋白质组水平等角度对疾病展开全方位、多层次的研究成为可能。文章综述了新一代高通量技术在DNA、RNA、表观遗传、宏基因组和蛋白质组水平的人类疾病研究进展以及在转化医学领域的应用。在基因组水平上,外显子组测序是近年来持续的研究热点,随着测序成本的不断降低,全基因组重测序也越来越凸显了其在全基因组范围内检测大型结构变异的优势,并使得个人基因组引领的个体化医疗逐渐成为可能。在转录组水平,如小RNA测序技术可用来检测已知小RNA和预测新的小RNA,这些小RNA不仅可以作为疾病诊断和预后的分子标志物,在疾病治疗方面也具有无限潜力。在蛋白质组水平,如目标蛋白质组学可以有目标地测定可能与疾病相关的特定蛋白质或多肽,能够很好地应用于疾病的临床分期分型。文章进一步阐述了跨组学研究在疾病研究领域中的应用和发展趋势,借助生物信息学分析方法进行多组学整合研究,能更加系统地阐释疾病的发生及发展机理,为疾病的诊断治疗提供强有力的工具。     

The development and impact of 454 sequencing

The 454 Sequencer has dramatically increased the volume of sequencing conducted by the scientific community and expanded the range of problems that can be addressed by the direct readouts of DNA sequence. Key breakthroughs in the development of the 454 sequencing platform included higher throughput, simplified all in vitro sample preparation and the miniaturization of sequencing chemistries, enabling massively parallel sequencing reactions to be carried out at a scale and cost not previously possible. Together with other recently released next-generation technologies, the 454 platform has started to democratize sequencing, providing individual laboratories with access to capacities that rival those previously found only at a handful of large sequencing centers. Over the past 18 months, 454 sequencing has led to a better understanding of the structure of the human genome, allowed the first non-Sanger sequence of an individual human and opened up new approaches to identify small RNAs. To make next-generation technologies more widely accessible, they must become easier to use and less costly. In the longer term, the principles established by 454 sequencing might reduce cost further, potentially enabling personalized genomics.     

Forest tree genomics: growing resources and applications

Over the past two decades, research in forest tree genomics has lagged behind that of model and agricultural systems. However, genomic research in forest trees is poised to enter into an important and productive phase owing to the advent of next-generation sequencing technologies, the enormous genetic diversity in forest trees and the need to mitigate the effects of climate change. Research on long-lived woody perennials is extending our molecular knowledge of complex life histories and adaptations to the environment - enriching a field that has traditionally drawn biological inference from a few short-lived herbaceous species.     

基于第二代测序技术的基因资源挖掘

转录组研究一直是生命科学研究的一个重要方向,在第二代测序技术问世以前,已经产生了一些行之有效的转录组研究方法,但这些方法存在一定的局限性。第二代测序技术的出现不仅使转录组研究很快进入了高速发展期,同时也为遗传资源的挖掘提供了一套全新的技术平台。本文简要介绍了第二代测序技术的化学原理和特性,重点阐述了利用第二代测序技术进行转录组测序,从而在此基础上挖掘遗传资源的研究。