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。     

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。     

医学真菌基因组学的研究进展

酿酒酵母基因组测序的完成是基因组学史的一个里程碑,其重要性已远远超出酵母本身,促进了人类及其他生物基因组学的发展.但迄今为止,真菌基因组学的发展仍落后于细菌,而医学真菌基因组的研究则更为滞后,这与真菌基因组对真核生物和人类医学所做的贡献不相匹配.近年来,随着免疫受损人群的增长,相关致病真菌得以重视,其基因组学的研究取得一定进展.目前有超过30种的真菌基因组测序正在进行或已完成,其中包括致病真菌的主要代表菌种[1],现概述如下.     

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.     

产毒真菌基因组研究进展

真菌毒素是产毒真菌产生的次生代谢产物,以木霉、曲霉、毛霉、青霉和根霉为主的丝状真菌是农产品中常见的产毒真菌。阐明农产品中产毒致病微生物的基因组序列信息是揭示真菌特殊遗传性状的基础。截至2013年12月,共有子囊菌门中204个种和担子菌门中62个种的基因组序列已经测序或公布,它们的基因组大小大部分在30-40 Mb。整理了部分已完成基因组测序的具有产毒能力或致病力的真菌基因组信息,并对真菌测序方案、主要产毒真菌及其比较基因组学的研究进展进行了综述。     

真菌生物信息学研究概况

真菌是真核生物的一大类群,主要包含酵母、霉菌之类的微生物以及最为人所熟知的菇类,无论是在生态、生命周期以及形态都有很大的差别.然而,到目前为止,对于真菌界的了解还很少,预估大约有150万个物种,之中已知种约占5％.1986年,美国科学家Thomas Roderick提出了基因组学概念,1990年代几个物种基因组计划的启动,揭开了历史性的一页.随着生物实验技术和信息处理技术的迅速发展与提高,生物信息学的概念应运而生,利用数学、信息学、统计学和计算机科学的方法研解决生物学的问题.介绍真菌的测序技术,概述了真菌基因组学、转录组学、蛋白质组学等方面的进展,并对真菌生物信息学的未来研究内容进行展望.     

群体基因组学方法:从经典统计学到有监督学习

群体遗传学的一个主要研究目标是理解突变、自然选择、遗传漂变、群体结构和数量变化等进化力量如何共同影响基因组中的遗传变异.通过分析DNA序列多态数据,可以推测曾经作用于基因组的各种力量,进而探讨生物演化的过程.近年来,随着第二代DNA测序技术的快速革新,群体遗传学进入了基因组学时代,相关的方法在不断发展,并可将群体基因组学方法分为经典统计学方法和新兴的机器学习方法.前者包括经典群体遗传学统计量、单一统计量或多统计量联合检测自然选择、群体历史与自然选择的联合估计以及基于溯祖树和祖先重组图的方法.后者主要基于有监督学习,为群体基因组时代的大数据分析带来了全新范式.本文从理论基础出发,全面回顾了群体基因组学方法发展变化的历程,着重介绍了该领域的最新进展,并就未来的发展方向进行了展望.     

泛基因组研究在遗传多样性和功能基因组学中的应用

相对于单个参考基因组仅聚焦于个体遗传信息的挖掘,泛基因组研究则能够反映整个物种或类群全部的遗传信息。随着基因组测序和分析技术的不断发展,泛基因组学逐渐成为新的研究热点,并已在植物、动物和微生物多个物种中获得了广泛应用,为全面解析物种或类群水平的遗传变异和多样性、功能基因组和系统进化重建等研究提供了强有力的工具,取得了很多显著的研究成果。尽管如此,由于泛基因组学研究尚处于发展阶段,测序费用和分析成本仍然较高,难以广泛普及; 且存在分析标准不一、数据挖掘不够全面深入、理论难以应用于生产实际等尚待解决的问题,仍有较大的发展空间。该文系统总结了泛基因组在生物遗传多样性挖掘和功能基因组学中的研究进展,主要包括其在泛基因组图谱的构建、基因组变异和有利基因的发掘、功能基因的多态性、群体遗传多样性和系统进化等多个领域中的应用和研究,探讨了其在不同领域的应用潜力。同时,讨论了目前泛基因组研究中存在的局限性和可能的解决方法,并对其将来的发展前景进行了展望。     

合成噬菌体的贡献与风险

噬菌体（bacteriophage,phage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称。噬菌体在生态、微生物进化、细菌性疾病预防和治疗、细菌鉴定与疾病诊断等方面扮演重要角色。基因组测序技术和高效合成平台促进了合成基因组学的发展。利用合成基因组学技术,对噬菌体基因组进行设计或者合成出新的噬菌体来服务人类在不久的未来可能成为现实。但与此同时,合成噬菌体带来的风险也必须认真考虑。     

菌根真菌与兰科植物互作的组学研究进展

兰科植物因其具有丰富的物种多样性和重要的社会经济价值,多年来一直是植物学及生态学界的重点研究对象.菌根真菌对兰科植物的种子萌发、营养吸收和种群动态等多个方面都具有十分重要的作用,因而近年来受到越来越多的关注.探究菌根真菌与兰科植物互作的内在机制是目前兰科菌根研究的一大热点领域,同时也为兰科植物野生资源保护和种群恢复提供...     

粘细菌基因组学研究进展

粘细菌(Myxobacteria)隶属于δ变形菌纲(Deltaproteobacteria)的粘球菌目(Myxococcales),是一类革兰氏阴性杆状细菌。它是继放线菌和真菌之后又一重要的活性次级代谢产物产生菌,尽管如此,由于分离纯化困难,粘细菌的研究进展一直较为缓慢。随着测序技术的进步和生物信息学的应用,大量粘细菌基因组被完成测序和报道。本文对粘细菌研究意义及该类资源开发价值、分离培养存在的困难进行了阐述,对粘细菌基因组注释及目前已测菌株的全基因组进行了归纳总结,同时介绍了基因组学在粘细菌生态、捕食机制、子实体形成以及次级代谢产物合成方面的研究进展。本文有助于了解基因组学在粘细菌研究中的重要价值,为联合应用多组学技术深入研究粘细菌代谢机制和社会性行为提供了参考,对粘细菌基础研究、资源发掘和开发利用具有重要意义。     

Recent novel approaches for population genomics data analysis

Next‐generation sequencing (NGS) technology is revolutionizing the fields of population genetics, molecular ecology and conservation biology. But it can be challenging for researchers to learn the new and rapidly evolving techniques required to use NGS data. A recent workshop entitled ‘Population Genomic Data Analysis’ was held to provide training in conceptual and practical aspects of data production and analysis for population genomics, with an emphasis on NGS data analysis. This workshop brought together 16 instructors who were experts in the field of population genomics and 31 student participants. Instructors provided helpful and often entertaining advice regarding how to choose and use a NGS method for a given research question, and regarding critical aspects of NGS data production and analysis such as library preparation, filtering to remove sequencing errors and outlier loci, and genotype calling. In addition, instructors provided general advice about how to approach population genomics data analysis and how to build a career in science. The overarching messages of the workshop were that NGS data analysis should be approached with a keen understanding of the theoretical models underlying the analyses, and with analyses tailored to each research question and project. When analysed carefully, NGS data provide extremely powerful tools for answering crucial questions in disciplines ranging from evolution and ecology to conservation and agriculture, including questions that could not be answered prior to the development of NGS technology.     

Bacterial population genomics and infectious disease diagnostics

New sequencing technologies have made the production of bacterial genome sequences increasingly easy, and it can be confidently forecasted that vast genomic databases will be generated in the next few years. Here, we detail how collections of bacterial genomes from a particular species (population genomics libraries) have already been used to improve the design of several diagnostic assays for bacterial pathogens. Genome sequencing itself is also becoming more commonly used for epidemiological, forensic and clinical investigations. There is an opportunity for the further development of bioinformatic tools to bring even further value to bacterial diagnostic genomics.     

中国基因组学研究进展与发展态势

20 世纪 90 年代初,以完成人类基因组全序列测定和注释为核心任务的人类基因组计划在美国的领导下兴起．自1999年中国加入人类基因组计划到现在的10年时间里,中国基因组学得到了快速的发展,建立了先进的基因组学技术平台,并出色完成了多项重大基因组科学研究项目,对我国生命科学各个领域的发展产生了重要影响．结合我国基因组学研究现状,《中国科学C辑·生命科学》(Sci China Ser C-Life Sci) 2009年第1期发表了中国基因组学专题,综述了基因组测序、分型,功能基因检测技术和生物信息学分析技术,以及肝癌、免疫和环境与工业微生物的基因组学研究等方面的研究工作．     

锈菌类真菌基因组结构分析研究进展

锈菌种群庞大,可以引起许多重要经济作物和林木病害,严重威胁全球粮食和林业生产安全。全基因组分析为锈菌基因功能研究、毒性变异研究及锈菌演化规律研究提供了重要基础,为制定锈病有效防控策略和创制抗锈新材料提供理论依据。本文综述了目前锈菌全基因组分析领域的进展,对锈菌的基因组结构、基因组成、基因组变异等特征进行了归纳分析,对基因组变异与其专性寄生特性的关系、基因组变异对其毒性变异的可能影响等进行了阐述。基因组学将为最终揭示锈菌生活史复杂性和毒性高度变异性的根本成因提供有力工具。