细菌人工染色体基因组文库构建关键技术研究

基因组文库是进行分子克隆和基因结构与功能研究的基础,完整覆盖的基因组文库的构建,使基因组任何DNA片段的筛选和获得成为可能.细菌人工染色体(Bacterial Artificial Chromosome,BAC)与其它载体系统相比具有转化效率高、嵌合体少、插入片段易回收,高覆盖率、稳定性强,并且具有易分离和操作等特性等优点而被广泛应用.作为物种保护策略的重要部分,构建我国濒危动植物品种基因组BAC文库,对于其遗传资源的保护和研究具有非常重要的作用.在查阅大量国内外相关资料的基础上,就BAC基因组文库构建过程中栽体的制备、高分子量DNA的制备、大片段DNA的回收、连接与电击转化、基因组BAC文库质量鉴定等几个重点、难点问题进行了详细的论述和分析,对于构建高分子量插入片段、高覆盖率和稳定性的基因组文库提供理论基础与技术支撑.     

新疆细毛羊2倍基因组BAC文库PCR筛选系统的构建与使用

本研究所构建的BAC文库覆盖了8倍新疆细毛羊的基因组,平均插入片段的大小为133kb,同时文库92．5%的克隆插入片段大于100kb,而且有部分克隆甚至大于300kb,假定绵羊的基因组含有3×10~6kb,根据文库的平均插入片段大小为133kb,从文库筛选到目的片段的概率为98．208%。为了验证文库有较好的覆盖率,构建了2倍基因组文库PCR筛选系统,并对位于新疆细毛羊20号染色体MHC基因邻近区段的DMB_EX2、MCMA36、CP73和BM1258 4个分子标记进行了筛选,得到的平均阳性克隆数为1．5个,从筛选结果来看,这与文库插入片段估计的8倍基因组覆盖率相当接近并且没有偏向,这使得本文库成为研究绵羊的功能基因、位置克隆和完善基因组物理图谱的极为有用的资源。     

古DNA单链测序文库的建立与检测北大核心CSCD

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

古DNA单链测序文库的建立与检测

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

林木基因组及功能基因克隆研究概述

在美国能源部资助下, 首个多年生木本植物-- 杨树的全基因组测序已经完成且序列信息已对公众开放。杨树全基因组测序的完成标志着林木基因组进入后基因组研究时代。克隆控制重要性状的主效基因是林木后基因组时代的主要研究内容。近年来, 在一些重要作物, 如水稻、蕃茄及玉米中, 先后成功克隆了多个控制重要农艺性状的主效基因, 分子育种在作物中已进入实用阶段。林木相对于这些重要作物而言, 分子遗传学的研究起步较晚, 同时, 由于林木自身的一些生物学特性, 在林木中精确定位与克隆未知基因一度被视为遗传学研究领域的难点。随着技术和研究手段的不断进步, 以及林木基因组资源的快速积累, 有望在这一领域取得突破, 为在林木中开展分子育种创造条件。文章综述了国际上林木基因组与功能基因克隆研究的现状与新发展, 并对后基因组时代的林木功能基因克隆研究的预期成果进行了展望, 以期为从事该领域研究的科研人员提供参考。     

RAD-seq技术及其在昆虫学研究中的应用

限制性酶切位点关联DNA测序技术(restriction-site-associated DNA sequencing,RAD-seq)是在二代测序技术基础上发展起来的一种简化基因组技术(reduced-representation genome sequencing,RRGS)。RAD-seq利用限性核酸内切酶使基因组片段化,经过修饰后连接含标记的接头构建文库并进行测序。因其具有操作简单、实验成本低、通量高等优点,在分子生态学、进化基因组学、保护遗传学等领域得到应用。目前发展起来的RAD-seq技术主要包括利用稀有酶和物理打断方式进行基因组片段化的mbRAD、利用稀有酶和常见酶组合酶切的方式进行基因组片段化的ddRAD、利用IIB型限制性内切酶得到短片段文库的2bRAD、利用同裂酶和Illumina试剂盒建库的ezRAD和完全利用Nextera试剂盒建库的nextRAD。本文对每种RAD-seq技术的特点及其在昆虫种群遗传学、群落生态学、物种界定、系统发育和遗传连锁图谱构建等研究领域的应用进行了综述。     

东方粘虫(Pseudaletia separata(Walker))微卫星富集文库的构建与分析

根据生物素与链亲和素的强亲和性原理,用包被链亲和素的磁珠亲和捕捉与生物素标记的微卫星寡核苷酸探针(CA)15、(GA)15、(GTT)12、(GAT)12、(TAGA)8 和 (GTGA)8退火结合的含接头和微卫星序列的单链粘虫基因组DNA限制性酶切片段,获得单链目的片段.经PCR扩增形成双链后连接到pGEM-T 载体上,再转化到DH5α热感受态细胞中,首次成功构建粘虫基因组微卫星富集文库.随机抽样(16次抽样,每库共12～114个克隆)测序发现,6个文库总的微卫星阳性克隆率30.07%,CA/GAT/GTT 等3个文库的阳性克隆率达到40%以上.单次抽样最高阳性克隆率达到56%.粘虫微卫星富集文库的建立和高多态性微卫星单拷贝位点的筛选将为粘虫的生态遗传学研究、连锁图谱构建、分子进化和系统发育研究等提供大量遗传标记,对昆虫迁飞的分子生态研究也有重大意义.     

优良水稻品种“明恢63”BAC文库的构建

“明恢６３”是我国许多重要的水稻杂交组合中的恢复系。为了对其进行深入的遗传学研究以及克隆控制重要农艺性状的基因,以细菌人工染色体（ｐＢｅｌｏＢＡＣ１１）为载体,克隆经限制性内切酶消化后部分收集的“明恢６３”基因组ＤＮＡ,将连接混合物转化细菌ＤＨ１０Ｂ,构建了细菌人工染色体（ＢＡＣ）文库。该文库共有２６０００个转化子,插入片段为９０～２４０ｋｂ,平均大小为１５０ｋｂ。经计算该文库覆盖９倍水稻基因组。该文库正在用于构建几个基因所在区段的物理图谱,为图位克隆打下基础     

以可转化人工染色体(TAC)载体为基础的百脉根基因组文库的构建及筛选

可转化人工染色体(transformation-competentartificial chromosome,TAC)载体是具有克隆和转移大片段DNA特征的新型载体,是植物基因克隆和转化的有效工具.该研究把它用于豆科植物百脉根(Lotus japonicus)基因组文库的构建.此文库由1.8×105个克隆组成,平均插入片段大小为15kb左右,约覆盖百脉根基因组6倍.文库保存在12块96孔板中,每个孔中约含150个不同的重组克隆.用与花发育相关的同源基因Ljcen1片段为探针,筛选得到6个阳性克隆,酶切后验证这些阳性克隆,结果表明这些克隆含有同一个基因片段.此基因组文库可直接用于植物转化,为百脉根功能基因组的研究打下基础.     

新疆军垦型细毛羊基因组BAC文库的构建

选用新疆军垦型细毛羊为材料,.构建了含有190 464个克隆的BAC文库,文库平均插入片段大小为133 kb,同时文库92.5%的克隆插入片段大于100 kb,而且有部分克隆甚至大于300 kb,这将满足大多数基因筛选的要求.假定绵羊的基因组含有3x106 kb,根据文库的平均插入片段大小,计算的文库基因组覆盖率为8倍.因此,从文库筛选到目的片段的概率为98.2%.由于该文库中插入的外源片段来自新疆军垦型细毛羊的基因组,这对于研究新疆军垦型细毛羊的特殊性状的基因与其他绵羊品种和物种之间的差异,及构建其全基因组物理图谱和基因图谱地完善是非常有利的.     

小麦条锈菌大片段基因组DNA的提取方法研究

由条锈菌Puccinia striiformis引致的小麦条锈病是小麦最重要的病害之一。由于其活体寄生的特点,对小麦条锈菌的遗传学和分子生物学研究十分有限,大片段核DNA的提取研究还未见报道。高分子量基因组DNA是开展大片段基因组文库构建、基因组分析以及基因组重建的重要基础,通过系统建立和优化小麦条锈菌大片段基因组DNA的分离方法,成功获得分子量大于1Mb高质量的病菌基因组DNA。     

一种快速简便构建DNA病毒测序文库的方法

为了对1株中国棉铃虫核型多角体缺失病毒HZ-9进行基因组测序,采用了一种新的方法,通过超声波振断HaBacHZ9细菌人工染色体质粒（bacterial artificial chromosome plasmid,Bacmid）基因组DNA,用Taq酶在DNA片段两端加腺噤呤A,胶回收后得到预期的1—2kb的DNA片段,然后与pGEM-Teasy载体连接,构建了中国棉铃虫缺失病毒HaBacHZ9的亚克隆文库。结果随机挑选10个克隆子酶切分析,显示9个克隆子有1500bp左右的插入片断,并对HaBaeHZ9进行了全基因组测序。结论成功构建了HaBaeHZ9的DNA测序文库,为HZ-9功能基因组学研究奠定了基础,这是一种简单快速的构建DNA病毒测序文库的方法。     

稻曲病菌UV-2菌株细菌人工染色体文库构建及分析

【目的】稻曲病(Rice false smut)是由稻曲病菌[Villosiclava virens (Cooke) Tak.]引起的严重危害水稻的真菌病害。构建稻曲病菌UV-2的大片段DNA细菌人工染色体(Bacterial artificial chromosome, BAC)文库, 为致病相关基因的鉴定及在图位克隆、比较基因组学等方面的研究奠定基础。【方法】以幼嫩菌丝为材料制备大分子基因组DNA包埋块, 用Hind III部分酶解后经脉冲凝胶电泳筛选, 回收大片段DNA并与pIndigoBAC536-S 载体连接, 连接产物转化大肠杆菌菌株DH10B T1 Phage-Resistant 细胞后进行蓝白斑筛选, 白色菌落捡入384孔板置于?80 °C低温保存。【结果】成功构建UV-2菌株的高质量、高覆盖度的BAC文库, 该文库共含10 368个克隆, 平均插入片段为124.4 kb, 空载率小于1%, 约覆盖该菌基因组的36.8倍。【结论】克服了真菌大分子基因组DNA制备难控制的技术难题, 建立了首个稻曲病菌的BAC文库。该文库已作为一种公共基因组资源向研究者开放(http://GResource.hzau.edu.cn)。     

Development of a novel bacterial artificial chromosome cloning system for functional studies

Bacterial artificial chromosome (BAC) cloning systems currently in use generate high quality genomic libraries for gene mapping, identification, and sequencing. However, the most commonly used BAC cloning systems do not facilitate functional studies in eukaryotic cells. To overcome this limitation, we have developed pEBAC190G, a new BAC vector that combines the features of the first generation PAC/BAC vectors with eukaryotic elements that facilitate the transfection, episomal maintenance, and functional analysis of large genomic fragments in eukaryotic cells. A number of different cloning strategies may be used to retrofit genomic fragments from existing libraries into the new vector. The system was tested by the retrofitting of a 170kb NotI genomic fragment from the RPCI-11 BAC library into the NotI site of pEBAC190G. Clones from any eukaryotic genomic library harboured in this vector can be transferred from bacteria directly to eukaryotic cells for functional analysis.     

Mobilization of giant piggyBac transposons in the mouse genome

The development of technologies that allow the stable delivery of large genomic DNA fragments in mammalian systems is important for genetic studies as well as for applications in gene therapy. DNA transposons have emerged as flexible and efficient molecular vehicles to mediate stable cargo transfer. However, the ability to carry DNA fragments >10 kb is limited in most DNA transposons. Here, we show that the DNA transposon piggyBac can mobilize 100-kb DNA fragments in mouse embryonic stem (ES) cells, making it the only known transposon with such a large cargo capacity. The integrity of the cargo is maintained during transposition, the copy number can be controlled and the inserted giant transposons express the genomic cargo. Furthermore, these 100-kb transposons can also be excised from the genome without leaving a footprint. The development of piggyBac as a large cargo vector will facilitate a wider range of genetic and genomic applications.     

Construction and Characterization of a 10-Genome Equivalent Yeast Artificial Chromosome Library for the Laboratory Rat,Rattus norvegicus

Increasing attention has been focused in recent years on the rat as a model organism for genetic studies, in particular for the investigation of complex traits, but progress has been limited by the lack of availability of large-insert genomic libraries. Here, we report the construction and characterization of an arrayed yeast artificial chromosome (YAC) library for the rat genome containing approximately 40,000 clones in the AB1380 host using the pCGS966 vector. An average size of 736 kb was estimated from 166 randomly chosen clones; thus the library provides 10-fold coverage of the genome, with a 99.99% probability of containing a unique sequence. Eight of 39 YACs analyzed by fluorescencein situhybridization were found to be chimeric, indicating a proportion of about 20–30% of chimeric clones. The library was spotted on high-density filters to allow the identification of YAC clones by hybridization and was pooled using a 3-dimensional scheme for screening by PCR. Among 48 probes used to screen the library, an average of 9.3 positive clones were found, consistent with the calculated 10-fold genomic coverage of the library. This YAC library represents the first large-insert genomic library for the rat. It will be made available to the research community at large as an important new resource for complex genome analysis in this species.     

Characterization of bacteriophage P1 library containing inserts of Drosophila DNA of 75–100 kilobase pairs

A multiple-hit bacteriophage P1 library containing DNA fragments from Drosophila melanogaster in the size range 75–100 kb was created and subjected to a preliminary evaluation for completeness, randomness, fidelity, and clone stability. This P1 library presently contains 3840 individual clones, or approximately two genome equivalents. The library was screened with a small set of unique-sequence test probes, and clones containing the sequences have been recovered. In situ hybridization with salivary gland chromosomes indicates that the clones originate from the site of the probe sequences in the genome, and filter hybridization of restriction digests suggests that the clones are not rearranged in comparison with the genomic sequences. Approximately 1.7% of the clones contain sequences that hybridize with ribosomal DNA. A small subset of these clones was tested for stability by examination of restriction fragments produced after repeated subculturing, and no evidence for instability was found. The P1 cloning system has general utility in molecular genetics and may provide an important intermediate level of resolution in physical mapping of the Drosophila genome.by W. Hennig     

非损伤性取样样品中富集宿主DNA的研究进展

非损伤性取样被广泛应用在动物保护遗传学、分子生态学和分子进化等研究领域.随着基因组测序技术的发展和基因组学时代的到来,如何从非损伤性取样样品中获取能够用于进行基因组测序的高质量DNA是研究者面临的难题.本文总结和比较了非损伤性取样中最常用的粪便样品和考古材料或博物馆标本两类样品中富集宿主DNA的方法及应用,以期为非损伤...     

Rapid method for construction of yeast artificial chromosome human DNA libraries involving the trapping of cells in agarose films

A simple method for the molecular cloning of fragments of more than one hundred kilobase pairs of exogenous DNA, by the encapsulation of cells in agarose beads, was reported previously for the construction of a human genomic DNA library in a yeast artificial chromosome (YAC) vector (in situ YAC construction) [1]. The efficiency of this procedure is impaired by the step in which agarose beads that contain human DNA fragments are melted before transformation. The incomplete solubility of the ligated human DNA fragment-YAC vector often results in lower than desirable frequencies of transformation. To overcome this problem we have developed a new improved method that involves use of an agarose film. The technical manipulations involved in the construction of clones of very large segments of human DNA are discussed.