基于PacBio Iso-Seq红棕象甲全长转录组测序分析

[目的]建立红棕象甲Rhynchophorus ferrugineus全长转录组数据库,深入挖掘红棕象甲基因数据信息.[方法]采用高通量测序平台,利用二代测序(Illumina RNA-seq)校正三代测序(PacBio Iso-Seq)的方法对红棕象甲进行全长转录组测序,并对转录组数据进行生物信息学分析.[结果]红棕象甲全长转录组平均长度为2 302 bp,N90长度为1321 bp,N50长度为2 785 bp;经CD-Hit程序去冗余,获得转录本63 801条,主要长度范围为0.5-6 k.基因功能注释表明,在NR、Swiss-Prot、KEGG、KOG、GO、NT和Pfam数据库中,分别有50 280、40 109、47 197、33 511、27 707、27 253和27 707条转录本被注释;其中,12 508条转录本均在7个数据库中有注释,54 999条转录本至少在一个数据库有注释.此外,经鉴定或预测,获得2 184个可变剪接(AS)、66 230个SSR、2 084个转录因子(TFs)和9 618条长链非编码RNA(LncRNA).CDS长度的主要分布范围为0-2 500 nt.[结论]本研究获得了红棕象甲全长转录组数据库,为红棕象甲后续分子生物学基础研究奠定基础.     

高通量转录组测序技术在植物雄性不育研究中的应用

植物雄性不育是指植物雄蕊发育受阻不能产生正常有功能花粉的现象。植物雄性不育不仅是生殖生理研究的宝贵材料,也是植物杂种优势利用的重要工具。由于高通量转录组测序技术几乎可以检测细胞内所有mRNA及非编码RNA的信息,已被广泛应用于生命科学研究的各项领域。在植物雄性不育相关研究中,高通量转录组测序技术在不同物种、不同败育类型中的应用已有报道,这为研究者在转录组水平综合了解植物雄性不育的分子机制及代谢网络提供了帮助。本文从测序文库构建策略、差异表达基因、非编码RNA的功能特征等方面综述了高通量转录组测序在植物雄性不育机理方面的研究进展,并探讨了转录组测序技术在花粉败育机制解析及育性相关基因定位中的应用价值,以期为植物雄性不育的相关研究提供参考。     

藏茵陈基源植物皱边喉毛花的全长转录组信息分析

皱边喉毛花为藏药藏茵陈基源植物之一,其包含丰富的药用成分。为进一步了解皱边喉毛花转录组,丰富其基因注释、代谢通路等遗传信息,该研究利用PacBio测序平台对皱边喉毛花叶片进行全长转录组测序。结果表明:(1)全长转录组测序共获得17 Gb的高质量数据,对795 698 个CCS序列进行聚类和去冗余,最终获得87 814 条高质量的全长转录本。(2)与7个数据库比对后,共有277 451 条转录本注释成功,其中注释到NR数据库的转录本最多,有39 214 条。26 396 条转录本成功注释到KOG数据库中,共有26 个子类。39 104 条转录本注释到KEGG数据库中,涉及6 个主要通路和40 个子通路。39 102 条转录本注释到GO数据库中,按分子功能、生物学过程和细胞成分3大类对注释成功的转录本进行分类。(3)SSR分析共鉴定到22 861 个SSR,其中单碱基重复最为丰富; 共检测到1 874 个转录因子和15 166 个长非编码RNA(LncRNA),而注释到转录本最多的转录因子家族是C3H。(4)筛选出55 条与单萜类及黄酮类化合物合成相关的转录本。该研究结果丰富了皱边喉毛花的转录组信息,为进一步筛选皱边喉毛花药用成分合成相关的关键基因提供了重要的遗传资源。     

枫香叶片变色期全长转录组测序及分析

枫香因其树形优美,入秋后叶色红艳或橙黄,极具观赏价值,是优良的景观生态树种。为了解枫香叶片变色及其次级代谢过程的遗传基础,该文以枫香5个叶片变色期叶片混合样品为材料,利用单分子实时测序技术(PacBio平台)对其进行全长转录组测序。结果表明:(1)全长转录组测序共获得41.04 Gb的高质量数据,从中鉴定出全长非嵌合序列563 180条,通过聚类和去冗余,获得27 269条高质量全长转录本。在27 269条全长转录本中预测到2 035条长链非编码RNA(lncRNA),并检测出14 892个简单重复序列(SSR)位点和1 856个转录因子。(2)基因注释结果表明,NR、GO、COG、KEGG 等8个数据库共注释了24 857条转录本,KEGG数据库共获得了124个条代谢途径,主要有核糖体、碳代谢、氨基酸生物合成等,在类黄酮和叶绿素代谢途径中分别有49和71个转录本参与。上述结果初步揭示了枫香叶片变色期转录组信息以及功能特性,为后续研究枫香叶片变色分子机制、色素代谢合成途径和调控、相关功能基因克隆以及叶色改良提供基础数据。     

植物单细胞转录组测序研究进展

单细胞转录组测序是一种在单细胞水平上研究基因表达的技术.多孔板法和液滴法是目前应用于植物研究的两类主要的单细胞转录组技术.首先概述了植物单细胞转录组测序的技术原理和数据分析流程,然后介绍了植物单细胞转录组的研究进展,重点阐述了单细胞转录组测序技术在鉴定植物细胞类型、揭示细胞演化轨迹和构建细胞间调控网络中的应用.单细胞转...     

SMRT测序技术及其在微生物研究中的应用

高通量测序技术的发展为研究者深入探索微生物世界提供可能。随着以Pacific Bio Sciences(PacBio)公司的单分子实时测序(Single molecule real time sequencing,SMRT)为代表的第三代测序(Third generation sequencing,TGS)技术逐渐发展成熟,微生物研究方法正面临又一次新的变革。SMRT测序技术凭借其特殊建库方式(SMRTbell)和超长的测序读长等特点,为微生物16S rRNA基因全长测序提供新的选择。同时,为组装完整可靠的宏基因组和微生物全基因组提供新方法。随着PacBio测序平台的成本大幅下降,SMRT测序技术的PacBio系列平台开始逐渐被应用于微生物16S rRNA基因测序、宏基因组测序和全基因组测序研究中。综述了SMRT测序技术的技术原理和特点及其在微生物16S rRNA基因全长测序、宏基因组测序等方面的应用,并分析了目前SMRT测序技术在微生物各方面研究中的优势和存在的问题,提出基于SMRT测序技术获得的长片段在后期分析中存在的问题。SMRT测序技术将越来越多地引入到微生物研究中,期望为将要选择使用SMRT测序技术研究微生物的研究人员提供一定参考。     

第三代测序技术的主要特点及其在病毒基因组研究中的应用

随着基因测序技术的创新和应用,新的高通量测序技术不断涌现,以Pacific Biosciences(PacBio)公司的单分子实时测序(single molecule real time sequencing)为代表的第三代测序(third generation sequencing,TGS)技术开始逐渐应用于基因组研究,包括大型基因组拼装、基因结构变异和表观遗传研究等方面。本文主要对TGS技术的原理、特点和应用,特别是在病毒研究中的应用进行介绍,并与第二代测序(next generation sequencing,NGS)技术进行比较,为基因组测序技术的选择及其临床应用提供一定参考。     

基于第三代纳米孔测序技术的东方蜜蜂微孢子虫全长转录组构建及注释

【目的】本研究旨在利用Oxford Nanopore测序技术组装和注释东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae的高质量全长转录组。【方法】采用Nanopore PromethION系统对东方蜜蜂微孢子虫的纯净孢子进行转录组测序。通过识别每条clean read两端引物鉴定全长转录本序列。利用Blast工具将全长转录本比对Nr, Swiss-Prot, KOG, eggNOG, Pfam, GO和KEGG数据库,获得相应注释信息。分别利用蛋白结构域分析方法CPC, CNCI, CPAT和Pfam对长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)进行预测,获得高可信度lncRNA。利用CPM(counts per million)法计算每一条全长转录本的表达量。【结果】利用Nanopore PromethION系统对东方蜜蜂微孢子虫转录组测序共测得6 988 795条raw reads,经质控获得6 953 469条clean reads,其中包含5 143 999条全长转录本。共鉴定到10 243条非冗余全长转录本,N50和平均读长分别为1 042 bp和89...     

辽宁碱蓬SlNAC4转录因子的基因克隆及原核表达

辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis)是一种典型的盐生植物,存在着耐盐适应的复杂机制,本研究根据辽宁碱蓬转录组测序结果,利用反转录PCR、RACE技术获得了辽宁碱蓬SlNAC4转录因子基因的cDNA序列。根据测序结果和生物学信息分析,SlNAC4基因(GenBank登录号:KJ933531)全长1450 bp,其中开放阅读框为996 bp,编码331个氨基酸,含有NAM结构域。将其编码区与表达载体pGEX-4T-1相连接,转化到Rosetta菌株中,在大肠杆菌中成功表达出了SlNAC4蛋白。     

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中毒力因子相关全长转录本的鉴定及分析

[目的]蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis是一种专性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病的致死性真菌病原.基于前期已获得的高质量纳米孔(Nanopore)长读段测序数据,对蜜蜂球囊菌菌丝(AaM)和孢子(AaS)中的毒力因子相关全长转录本进行鉴定和分析,为毒力因子相关剪接异构体的功能研究提供参考信息和基础.[方法]利用BLAST工具,将AaM和AaS中的所有全长转录本比对Nr数据库,以鉴定蜜蜂球囊菌的毒力因子(几丁质酶、脂肪酶、水解酶和蛋白酶)相关的全长转录本.使用minimap2软件,将AaM和AaS中的全长转录本序列与蜜蜂球囊菌参考基因组注释的已知转录本序列进行比对,将比对到参考基因组的全长转录本进行归一化处理,再通过每百万计数法(Counts per million,CPM)计算毒力因子相关全长转录本的表达量.利用百迈克云平台的相关工具绘制转录本的表达量聚类热图.通过IGV浏览器对部分毒力因子相关全长转录本结构进行可视化.[结果]在AaM鉴定到毒力因子相关的367个基因及407个全长转录本,包括12条几丁质酶相关全长转录本,48条脂肪酶相关全长转录本,289条水解酶相关全长转录本,58条蛋白酶相关全长转录本.在AaS鉴定到毒力因子相关367个基因及400个全长转录本,包括14条几丁质酶相关全长转录本,63条脂肪酶相关全长转录本,267条水解酶相关全长转录本,56条蛋白酶相关全长转录本.另外,AaM和AaS特有的毒力因子(几丁质酶、脂肪酶)相关全长转录本分别有0条和17条,共有的毒力因子相关全长转录本有60条.进一步分析发现,蜜蜂球囊菌的部分毒力因子基因可通过可变剪接形成多条剪接异构体.[结论]共鉴定到蜜蜂球囊菌毒力因子(几丁质酶、脂肪酶、水解酶和蛋白酶)相关的367个基因和486条全长转录本;相比于蜜蜂球囊菌参考基因组注释的转录本,绝大多数毒力因子基因对应的全长转录本数量更多且结构更为复杂.研究结果丰富了蜜蜂球囊菌毒力因子相关基因和转录本的注释信息,为毒力因子相关剪接异构体的功能研究提供了基础,也为白垩病防控提供了潜在靶点.     

落叶松APETALA2-Like转录因子基因的分离及功能分析

以落叶松转录组测序数据为基础,利用RT-PCR从落叶松中分离出一个1590 bp的APETALA2-Like转录因子基因全长编码序列,命名为La AP2L1。蛋白质特性分析显示La AP2L1编码529个氨基酸,为亲水性蛋白,相对分子质量为58.327 k D,等电点为6.45。二级结构主要由α-螺旋(alpha helix)、β-折叠(strand)和环肽链(loop)组成。多重序列比对和系统进化分析表明La AP2L1所编码的氨基酸与黑松、云杉等亲缘关系最近。同时,通过构建植物表达载体,利用浸花法转化模式植物拟南芥的功能研究发现,与转空载体对照拟南芥相比,过量表达La AP2L1的转基因拟南芥的叶片、茎、花和株高都显著增大、增高,表明落叶松La AP2L1转录因子可能参与了植物器官发育的调节。     

植物响应淹涝的转录组学研究进展

转录组测序技术,能够从mRNA水平研究物种基因功能以及特定的生理学过程,采用该项技术可研究植物在淹涝胁迫下所有的基因表达水平情况,有利于揭示植物对淹涝的应答机理。综述了采用转录组测序技术揭示的淹涝胁迫下植物体内信号传导、内源激素、光合作用、呼吸代谢与活性氧清除等途径中的差异基因表达情况,以及各种转录因子和功能蛋白的差异基因表达情况,并展望了今后的研究趋势,以期为植物淹涝研究提供参考。     

基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究进展

新一代测序技术具有快速、 高通量和低成本的特点, 为“组学”研究带来了新方法、 新方案, 正在深刻地改变着当前生物学的研究模式。近年来, 新一代测序技术极大促进了昆虫特别是无参考基因组信息昆虫的转录组学研究。自2008年至今, 采用新一代测序技术已对7个目的68种昆虫进行了转录组测序, 其中由我国学者完成了6个目的22种昆虫的转录组测序。目前, 昆虫转录组学研究主要集中在基因挖掘、 分子标记开发、 基因表达分析等方面, 为全面揭示昆虫生命活动中相关基因功能、 系统发生与进化以及昆虫与其他生物相互作用等奠定了基础。本文总结了当前昆虫转录组学研究的已有成果, 分析了其今后的发展趋势, 讨论了采用新一代测序技术开展昆虫转录组学研究中存在的诸如研究对象相对局限、 测序准确性不够高等不足, 并指出开展昆虫转录组学研究时需充分思考所要回答的科学问题, 选择合适的研究策略, 评估性价比, 以及开发转录组信息高效利用的方法等。作者建议未来的研究方向侧重于： （1）大规模开展基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究, 特别是对其他目以及独特生态环境中的代表性昆虫应予以重点关注; （2）开发昆虫转录组数据存储及分析的软硬件; （3）合理利用新一代测序技术研究昆虫转录组并充分挖掘已测昆虫转录组中的遗传信息。     

高通量转录组测序技术及其在鳞翅目昆虫上的应用

转录组是指组织或者细胞在某一特定状态下转录出来的所有RNA的集合。高通量第2代测序技术使转录组学的研究模式发生了巨大的改变,所衍生出的转录组测序迅速成为研究非模式生物的先进技术。转录组测序能够在整体水平上探究细胞内基因表达的种类和数量,揭示在特定条件下机体生理生化发生过程以及其中的分子机理。本文简要阐述了转录组测序技术的基本概念、技术流程与原理,详细介绍了转录组测序在解决鳞翅目昆虫的分类、毒理、发育、与寄主互作以及非编码RNA调控等问题上做出的贡献,并对该技术现存的困难进行了系统的阐述并对其未来的发展趋势作出了简要的预测与剖析。     

紫鸭跖草根组织应答铜胁迫的转录组分析

紫鸭跖草是一种高耐铜的超积累植物,本研究首次应用RNA-Seq技术对其转录组进行分析。通过全长转录组分析组装了紫鸭跖草耐铜相关候选基因,通过转录组分析,共获得82 471条N50长度为2 299 bp的高质量unigene,为紫鸭跖草的进一步研究提供了丰富的数据。对照组(CK)、300 μmol/L胁迫组(CT1)和1 000 μmol/L胁迫组(CT2)的测序数据已保存在NCBI的SRA数据库中,登录号为SAMN11265427。CT1相比于CK,共有5 028条unigene在根组织中有显著性差异表达,约占全部unigene的6.10%,其中富集上调和下调的基因分别为3 138和1 890条;CT2相比于CT1,根中共有6 813个unigene富集差异表达,占所有unigene的8.26%。其中富集上调和下调的基因分别为2 555和4 258。随机选取10个基因进行qRT-PCR荧光定量分析,结果与Illumina测序数据一致,验证了基因数据差异表达的有效性。上述实验从分子水平上为研究铜胁迫下铜耐受的分子机制提供了理论依据。     

海蜇(Rhopilema esculentum)even-skipped基因的克隆及生物信息学分析

Even-skipped(eve)是一个含有同源框结构域的转录调控因子,在体节形成、神经分化、尾芽发育等过程中发挥着重要作用.为探究eve在钵水母变态发育中的作用,本研究以海蜇转录组测序获得的eve基因类似序列为基础,通过RACE技术获得了海蜇eve基因(ReEve)的cDNA全长,并已提交GenBank数据库,登录号...     

核糖体图谱技术在植物学研究中的应用

随着高通量测序技术的持续发展和进步,开发出很多新颖的测序技术,为诸多悬而未决的生物学难题提供了解决方案。其中,核糖体图谱技术能够在全基因组水平和单核苷酸分辨率上监控细胞内的翻译事件,填补了转录组学和蛋白质组学研究之间的空隙。核糖体图谱技术不仅能够鉴定处于翻译状态的RNA分子,还能够精确定位RNA分子上正在翻译的核苷酸,进而准确描绘RNA分子上的开放阅读框。此外,结合转录组测序数据,核糖体图谱技术还可以确定每个转录本上的核糖体数量,从而计算每个转录本的翻译效率。目前,核糖体图谱技术已成功应用于动物、植物和微生物等研究领域,加深了人们对翻译调控机制的认识。然而,由于植物细胞和组织的特性,核糖体图谱技术在植物学研究中的应用仍然存在局限。该文综述了核糖体图谱技术的实验原理,以及在植物学研究中的相关进展。     

WRKY转录因子的基因组水平研究现状

WRKY转录因子家族是植物中广泛存在、目前发现最大的转录因子家族之一;参与很多信号转导网络,调控多种植物发育和防御等进程。随着植物全基因组测序技术的兴起,全基因组鉴定和分析WRKY基因家族变得可能。2003-2006年,此类研究主要集中在模式生物拟南芥和水稻中。随着其他植物基因组测序的完成和公布,全基因组鉴定和分析WRKY基因家族的研究报道日益增多,这些研究不仅分析了各个植物WRKY家族的系统进化,而且用实时定量PCR、微阵列芯片、转录组RNA测序等新技术大规模研究了它们涉及到的生物学功能。主要综述了全基因组鉴定和分析WRKY基因家族的研究进展。