针叶树基因组特征及其序列资源挖掘进展

针叶树是裸子植物中最大也是分布最广的一支。作为多年生木本植物,针叶树不仅为工业提供建筑、造纸等重要原料和其它可再生能源,而且在北半球的生态平衡中也起着重要作用。因其独特的分类地位、重要的经济价值和生态价值,针叶树序列资源挖掘备受重视。然而其庞大且复杂的基因组阻碍了这一进程,截至2013年4月,尚无获得全基因组序列的针叶树种。随着第2代测序技术的出现及生物信息学的快速发展,针叶树序列资源挖掘也从转录组过渡到全基因组测序,后者己在松属（Pinus）、云杉属（Picea）和黄杉属（Pseudotsuga）部分树种中开展。该文首次归纳了针叶树基因组特征．回顾了针叶树序列资源挖掘进程,并重点介绍了火炬松（Pinustaeda）、欧洲云杉（Piceaabies）和白云杉（Piceaglauca）的全基因组测序项目。     

微生物基因组序列测量及其重大意义

微生物基因组测序不仅可使人们更好地了解病原微生物的致病机制以及它们与宿主的相互关系,促进寻找更灵敏及特异的病毒原微生物的诊断,分型手段,而且为临床筛选有效的药物及发展疫苗提供参考,此外,它还能提高对人类相关基因功能的认识,为探讨人类遗传性疾病机制提供参考,本文就微生物序列测定重大的理论及应用价值作一简要概述。     

雄烯二酮高产菌新金分枝杆菌MN4的全基因组测序及序列分析北大核心CSCD

【目的】新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)MN4是1株经诱变育种获得的高产雄烯二酮,并且能够耐受高浓度底物植物甾醇的突变菌株。为深入研究MN4菌株耐底物的机制及雄烯二酮的生物合成途径,有必要解析MN4菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对MN4进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析以及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】新金分枝杆菌MN4基因组装获得33个Contigs,整个基因组大小为5.39 Mb,GC含量为66.9%,编码4920个蛋白基因,序列提交至Gen Bank数据库,登录号为JXYZ00000000。【结论】本研究首次报道了1株高产雄烯二酮菌株MN4的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,初步解析了该菌株降解植物甾醇生产雄烯二酮的关键基因,将为MN4的功能基因组学研究及相关次级代谢产物的生物合成途径与异源表达研究提供基础。     

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。     

高山被孢霉的基因组及转录组的提取技术研究北大核心CSCD

基因组和转录组的高通量测序对样品的纯度和含量要求较高,旨在通过研究高山被孢霉在不同培养条件下和采用不同菌丝处理方法对其基因组和转录组质量的影响来确定最佳提取方式。结果表明,PDA培养基培养的菌丝与发酵培养基培养的菌丝经基因组提取后在琼脂糖凝胶电泳中有明显不同的表现,使用发酵培养基培养的菌丝提取的基因组DNA无降解,而以PDA培养基培养的菌丝提取的基因组DNA出现部分降解。在使用国产试剂盒做高山被孢霉转录组RNA提取实验中发现,使用液氮速冻后破碎菌丝并结合使用β-疏基乙醇更易提取到高浓度且无降解的转录组样品。     

基于高通量测序的发芽苦荞转录组学研究北大核心CSCD

采用新一代高通量测序技术Illumina Solexa Hiseq 2500对发芽荞麦转录组进行测序,结合生物信息学方法开展基因表达谱研究和功能基因预测。通过测序,获得了42 953 962个序列读取片段(reads),包含了5.37 Gb碱基序列信息。对reads进行序列组装,获得45 278个单基因簇(unigenes),平均长度862 bp,序列信息达到了39 Mb。另外,从长度分布、GC含量、表达水平等方面对unigenes进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。数据库中的序列同源性比较表明,2 127个unigenes与其他生物的己知基因具有不同程度的同源性。发芽苦荞转录组中的unigenes与细胞进程、细胞和蛋白结合相关。将unigenes与KOG数据库进行比对,根据其功能大致可分为24类。以KEGG数据库作为参考,依据代谢途径可将unigenes定位到328个代谢途径分支,包括核糖体代谢通路、碳水化合物代谢等,并且筛选出38条参与GABA合成的氧化磷酸化代谢的unigenes。SSR位点查找发现,从71 366个unigenes中共找到7 141个SSR位点。SSR不同重复基序类型中,出现频率最高的为A/T,其次是AAG/CTT和AT/AT。     

微生物基因组全序列分析进展

目前已测定了１３种微生物的基因组全序列，为追踪生物进化网络提供了宝贵信息，本文综述了已经取得的重要成果，并提出进一步研究的意见。     

微生物基因组研究进展

本综述了微生物全基因组测序的基本方法,数据收集和组装,序列缺口的填充、全基因组序列注释。同时对微生物基因组的研究现状和重大意义也作了简单概述。     

无色杆菌77的基因组构成及其趋化和耐药特性北大核心CSCD

无色杆菌77(Achromobacter sp.77)是黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum,Foc)菌丝际优势细菌,可随Foc菌丝迁移且状态活跃。为明确菌株77在Foc菌丝际的定殖机理,本研究在分析菌株77全基因组构成基础上,研究了其趋化特性和耐药性。Illumina Hiseq+PacBio测序分析表明,菌株77基因组全长5 868 070 bp,仅含1条染色体,GC含量为65.89%。在KEGG、COG和GO数据库分别注释到2 696、4 862和4 212个基因。菌株77基因组中含mcp、che、mot等重要趋化基因;通过CARD数据库注释,发现含有drr、emr等抗生素耐药外排泵基因、抗生素耐药基因簇以及多种抗生素的抗性基因。抗生素敏感性实验表明,菌株77对浓度低于300 μg/mL的氯霉素、卡那霉素、氨苄青霉素以及浓度低于50 μg/mL的四环素均有抗性,是一株多重耐药菌株。采用改良的游动平板法测定菌株77的趋化特性,结果表明,菌株77对1 mmol/L对羟基苯乙酸、水杨酸、α-酮戊二酸、延胡索酸、琥珀酸、苹果酸等多种根分泌物和真菌分泌物组分具有明显的趋化响应;0.5 mmol/L的上述化合物和0.5-1 mmol/L的镰刀菌酸可促进菌株77的生长。上述研究结果说明菌株77对根分泌物或真菌分泌物具有趋化和利用能力,是连作条件下无色杆菌属细菌在枯萎病菌菌丝际丰度升高的重要原因。     

新型水果空心泡叶绿体基因组特征及其系统发育分析北大核心CSCD

为探究空心泡(Rubus rosaefolius)叶绿体基因组特征,本研究以空心泡为试验材料,采用Illumina NovaSeq平台进行高通量测序,获得空心泡完整的叶绿体基因组序列,并进行空心泡叶绿体基因序列特征和系统发育分析。结果表明:空心泡的完整叶绿体基因组总长度为155650 bp,具有典型的四分体结构,包括2个反向重复序列(各25748 bp)、1个大拷贝区(85443 bp)、1个小拷贝区(18711 bp)。空心泡叶绿体全基因组共鉴定出131个基因,包括86个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因,全基因组的GC含量为36.9%。空心泡叶绿体基因组包含47个散在重复序列、72个简单重复序列(simple sequence repeating,SSR)位点,密码子偏好性为亮氨酸密码子,偏好使用A/U结尾的密码子。系统发育分析表明,空心泡与小叶悬钩子(Rubus taiwanicola)亲缘关系最近,其次是能高悬钩子(Rubus rubroangustifolius)和腺萼悬钩子(Rubus glandulosopunctatus)。空心泡的叶绿体基因组特征及其系统发育分析,为空心泡的遗传多样性研究和叶绿体开发利用提供理论依据。     

糜子黄、黑果皮遗传及转录组学分析北大核心CSCD

为了解糜子黑色与黄色果皮的遗传规律以及其形成机理,利用黄色果皮品种‘黄粒糜Ⅰ’和黑色果皮品种‘2016106Ⅰ’构建杂种F1、F2代,分析果皮颜色的遗传规律,利用F3代籽粒进行转录组测序,挖掘影响糜子籽粒颜色的关键基因。试验结果表明,黑色对黄色为显性,由单基因控制;根据GO和KEGG富集分析结果,共筛选出13个与类黄酮合成途径相关的差异基因,仅有C2845_PM02G08740、C2845_PM04G29280和C2845_PM09G22680为上调表达基因,其余10个均为下调表达基因,上述基因编码肉桂醇脱氢酶和肉桂酰CoA还原酶等多种酶,与颜色的形成密切相关。     

基因组时代林木抗病分子机理研究的新进展

林木的分子病理学研究长期以来落后于农业作物病理学。随着高通量测序技术的问世,林木的分子病理学研究迎来了一个崭新的时代。从2006年至今,杨树、云杉等重要森林树种的全基因组测序相继完成,这为全面解析林木的抗病过程提供了遗传背景。同时,转录组学和全基因组关联分析的应用使得人们能快速地积累大量的数据,从而为揭示林木和病原菌之间的分子互作机制奠定了基础。近两年来CRISPR/Cas9基因编辑等分子生物学技术创新不断。高效的分子生物学技术结合基因组学研究有利于林木育种的研究。以下阐述了林木对抗病原菌入侵的生理机制,综合论述了近十年来基因组学和转录组学研究在木本植物分子病理学方面所取得的成果,总结了分子生物学技术在林木抗病领域的研究成果,分析了存在的问题和未来发展的趋势,以期为林木抗病育种提供参考。     

单细胞自由生物基因组全序列的测定和比较基因组研究

近几年来五种单细胞生物的基因组计划得以完成。本文介绍了从五种生物的全基因组序列获得的一些成果,包括全基因组鸟枪法测序、基因组分析和新比较基因组等三个方面,并对生物基因组计划的研究方法作一些探讨。     

绵羊肺腺瘤病毒内蒙古分离株前病毒全基因组克隆及序列分析北大核心CSCD

为了探究绵羊肺腺瘤病毒(Jaagsiekte sheep retrovirus,JSRV)内蒙古流行株与国际各代表株间的亲缘关系,本研究以内蒙古地区绵羊肺腺瘤病自然病例的肺组织总DNA为模板,克隆gag、pro与pol基因,并应用双酶切的方法将其与本实验室先期制备并保存的LTR、env基因连接起来,得到了含有JSRV内蒙古分离株前病毒全基因组重组质粒pMD-JSRV。序列分析结果表明,JSRV内蒙古分离株前病毒全基因组全长7 690bp,具外源性JSRV典型的分子特征:1在gag基因中含Sca I酶切位点;2核衣壳蛋白区有2个保守的可形成锌指结构的"CCHC"基序;3env基因编码的TM区胞浆尾部包含保守的特异性"YXXM"基序。将其进行同源性分析,结果表明该株病毒属JSRV-II型,与分离自美国的代表株AF105220间亲缘关系较近,同源性达95%。本研究为进一步探讨JSRV内蒙古分离株基因组结构特点与其致病机制间的关系奠定了基础。     

‘京红’桃芽变缝合线局部早熟分子机制的探究北大核心CSCD

为了探究桃缝合线局部早熟的分子机制,该研究以‘京红’桃芽变(JHM)及其野生型(JHW)的果实为试材,测定分析了缝合线和果面部位的硬度、花青素含量以及差异基因的表达特征。结果显示:(1)‘京红’桃芽变比其野生型果实晚成熟约2周,芽变果实缝合线部位比果面部位局部早成熟,且提前2周时间转为红色。(2)随着果实的成熟,‘京红’桃野生型及其芽变的果实硬度逐渐降低,花青素含量逐渐升高,并均在花后66 d发生明显变化,芽变缝合线部位硬度比果面部位更低,花青素含量比果面更高。(3)在花后66 d,芽变果实的缝合线与果面部位差异表达基因数高达1889个,显著富集在代谢途径、次生代谢产物的生物合成、植物激素信号转导、苯丙素的生物合成等代谢途径;从中筛选到24个缝合线早熟相关基因,包含5个细胞壁降解相关基因,9个色素合成、调控相关基因,5个乙烯合成与转导相关基因,3个生长素应答基因和2个NAC转录因子。(4)对24个早熟相关基因中的12个差异表达基因进行荧光定量验证结果表明,基因表达趋势与转录组测序结果相一致。研究发现,桃芽变果实种仁产生的乙烯通过缝合线向周围扩散,促进缝合线部位ACS1和ACO1等基因的转录,并合成了较多乙烯,乙烯又进一步调控该部位PG、XTH33、CHS、DFR等细胞壁降解与色素合成相关基因的表达,导致该部位的果肉提前成熟。     

崖壁植物太行菊与长裂太行菊全基因组大小及特征分析北大核心CSCD

太行菊(Opisthopappus taihangensis)、长裂太行菊(O.longilobus),为太行山特有多年生崖壁草本植物,菊科(Compositae)重要野生资源,具有较高的经济与生态价值。为确定适合两物种的全基因组测序策略,该研究利用流式细胞法和高通量测序技术,分析两物种基因组大小、杂合率、重复序列及GC含量等信息。结果表明:(1)流式细胞法估算太行菊基因组大小约为2.1 Gb,长裂太行菊基因组大小约为2.4 Gb。(2)高通量测序修正后太行菊基因组大小为3.13 Gb,重复序列比例为84.35%,杂合度为0.99%,GC含量为36.56%;长裂太行菊基因组为3.18 Gb,重复序列比例为83.83%,杂合度为1.17%,GC含量为36.62%。(3)初步组装后GC含量分布及平均深度存在异常,出现分层现象,可能是两物种基因组杂合率较高所致。综上结果表明,太行菊、长裂太行菊均属于高重复、高杂合、大基因组的复杂基因组,建议使用Illumina+PacBio测序组装策略,进行全基因组测序分析。     

一株木质纤维素降解菌的筛选及其全基因组分析北大核心CSCD

【目的】筛选和鉴定有木质纤维素降解能力的1株细菌,测定其相关酶活力并进行全基因组分析,为构建木质纤维素降解工程菌提供依据。【方法】采用3种木质素类似物(天青-B;酚红;愈创木酚)的脱色/染色法,从腐木和被枝叶覆盖的土壤中分离和筛选出1株具有较强木质纤维素降解能力的细菌。通过16S r RNA基因和全基因组序列分析对该菌进行种属鉴定。使用紫外分光光度法测定其锰过氧化物酶(Mn P)、漆酶(Lac)、羧甲基纤维素酶(CMCase)以及滤纸酶(FPA)活力,了解该菌相关酶活力大小在一定时间内的变化趋势。使用Illumina Miseq和454 GS Junior测序平台获取该菌的全基因组序列,将其全基因组序列经过注释的基因蛋白质序列提交COG和KEGG数据库进行BLASTp比对分析,确定该菌潜在的重要酶类和代谢途径,并对部分注释基因进行定量RT-PCR验证。【结果】筛选得到1株优势菌株S12,该菌经鉴定后命名为解鸟氨酸拉乌尔菌(Raoultella ornithinolytica)。在液体CMC-Na培养基中发酵28 h,菌体生长达到稳定期,纤维素降解相关酶活力也在此时达到峰值。生物信息学分析结果表明,菌株S12具有木质素降解通路中重要酶类的编码基因,如过氧化物酶、Fe-Mn型超氧化物歧化酶、邻苯二酚1,2-双加氧酶和原儿茶酸-3,4-双加氧酶等,这些基因在以碱性木质素为碳源的培养条件下表达量不同程度地高于以葡萄糖为碳源的培养条件。另外,菌株S12具备完整的纤维素降解和乙醇生成通路。【结论】本研究首次揭示了Raoultella ornithinolytica S12具备有效的木质纤维素降解性能,这对于推动木质纤维素应用产业的发展具有重要意义。     

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.     

人肠道病毒A71型分离株全基因组序列及毒力相关位点分析北大核心CSCD

为了解人肠道病毒A71型（Enterovirus A71,EV-A71）的基因重组和遗传进化特征,探索其毒力相关位点。本研究通过对郴州市3株EV-A71分离株进行全基因组序列测定和分析,应用RDP软件（版本4.1.6）将其与231条EV-A71全基因组序列进行比较分析,检测可能的重组事件及重组位点;采用SimPlot软件（版本号3.5.1）对重组序列、2条亲本序列和其他A组肠道病毒（EV-A）代表株序列进行相似性分析;采用MEGA软件（版本5.2）构建系统发生树;结果发现郴州市3株EV-A71毒株均检测到重组信号,其共同的亲本主序列为广东省2009年毒株,亲本亚序列为中国台湾地区2008年毒株;我国C4b进化分支EV-A71代表株（分离于1998年的SHZH98株）和C4a进化分支EV-A71代表株（分离于2008年的安徽阜阳株）均与CVA4、CVA14及CVA16原型株在3D区域检测到型间重组信号。采用SPSS软件（版本19.0）对不同病例类型的变异位点作卡方检验以筛选出可能的毒力相关位点。发现死亡病例组与重症病例组间未找到具有统计学意义的突变位点;而死亡与重症病例合并组与一般病例组进行比较,共发现18个突变位点具有统计学意义,这些突变位点仅分布于P2区和P3区,而P1区未见。我国大陆的EV-A71流行株与EV-A其他毒株的型间重组早在1998年前即已经发生,并且在2008~2012年的手足口病暴发疫情中,EV-A71的型内重组频繁发生。此外,EV-A71毒力的改变可能与非衣壳蛋白区的变异相关,因此应该关注非衣壳蛋白基因改变对病毒毒力的影响。     

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。