植物古基因组学研究进展

植物古基因组学是基因组学一个新兴分支,从现存物种中重建其祖先基因组,推断在古历史中导致形成现存物种的进化或物种形成事件。高通量测序技术的不断革新使测序读长更长、更准确,加快了植物参考基因组序列的组装进程,为古基因组学研究提供了大批量可靠的现存物种的基因组序列资源。全基因组复制(whole-genome duplication, WGD)亦称古多倍化,使植物基因组快速重组,丢失大量基因,增加结构变异,对植物进化极其重要。本文综述了植物基因组测序与组装研究进展、植物古基因组学的原理、植物基因组WGD事件以及植物祖先基因组进化场景,并对未来植物古基因组学研究进行了展望。     

PNAS:科学家破解植物多倍化进化之谜

<正>中国农科院蔬菜花卉研究所王晓武团队和美国科学院院士迈克·菲林领导的团队合作,对植物基因组多倍化进化过程中基因分化和多基因组分化机理进行了研究。相关成果日前在线发表于美国《国家科学院院刊》。植物在进化过程中通过基因组加倍(多倍化)的扩增方式,进行自我进化和适应自然环境。随着DNA测序技术的快速发展,越来越多的植物基因组被公布,这使得通过比较基因组学阐明植物多倍化进化机制成为可能。     

植物多倍化与多倍体基因组进化研究进展

多倍化(polyploidization)是指细胞核中的染色体组发生加倍并以可遗传的方式传递至后代的现象.虽然已有研究揭示多倍化事件普遍出现于被子植物各类群的进化过程中,但其对物种多样化与基因组进化的作用始终都处于争论之中.近年来随着基因组测序的革命性进步与多种组学和分子生物学技术的应用,植物多倍化与多倍体基因组进化领域的研究已取得多方面的重要进展.本文首先系统地介绍了植物多倍化的研究历史、多倍体分类系统以及该领域目前存在的主要学术争论.在此基础上,侧重从染色体数目与结构、DNA和组蛋白表观遗传修饰以及RNA和蛋白质表达等多个层次,对在多倍体小麦、油菜与棉花等模式作物中所取得的研究成果进行了较详细的概括.期望本文通过对最新研究成果的总结与未来研究展望,进一步增进对多倍化在植物物种多样性形成与基因组进化过程中重要作用的理解,促进我国植物多倍化研究领域的发展.     

比较基因组学在哺乳动物进化研究中的应用

哺乳动物经过长期进化,使其基因组在结构和功能上存在着明显的差异,构成了表型进化的基础。随着人类、部分哺乳动物基因组测序的完成,以比较基因组学为主要研究手段的哺乳动物进化研究应运而生,从而为在基因组水平上深入认识哺乳动物进化关系、揭示生命的起源和进化提供依据。对比较基因组学的主要研究方法进行了综述,进而探讨其在哺乳动物进化研究中的应用,并对哺乳动物比较基因组学的发展进行了展望。     

葡萄、桃和可可基因组的进化分析

本研究以葡萄、桃和可可为研究对象,基于比较基因组学,利用基因同源共线性方法对基因组内的结构和基因组间同源信息进行比对分析,确定了物种基因组内和基因组间的同源片段。通过统计3个物种基因组间的同源共线基因的保留情况发现,葡萄基因组的保留情况最好,桃次之(为73.4%),可可最差(为68.9%),其丢失均可能是由于双子叶植物共有的三倍化导致基因组稳定性遭到破坏。另外,共线基因间的同义核苷酸替换率的频数分布证实,葡萄、桃和可可仅经历过一次古老的全基因组三倍化,并未经历最近的全基因组加倍,且可可基因组进化最快,葡萄基因组进化最保守;3个物种的分歧时间分别为:葡萄(~110 Mya)、可可(~90 Mya)、桃(~80 Mya)。本研究将为3个物种及双子叶植物基因组的结构、功能和进化等研究提供重要的理论依据。     

微生物单细胞基因组技术及其在环境微生物研究中的应用

单细胞及单细胞基因组学研究是近年生命科学研究的热点之一,微生物单细胞基因组学研究是继微生物元基因组学(又称宏基因组学,Metagenomics)之后新发展起来的,可有效获取环境中大量无法培养的微生物遗传信息的技术。微生物单细胞基因组技术包括单细胞获取、全基因组扩增、全基因组测序以及数据分析等步骤,目前该技术在环境微生物研究中的应用主要集中于探索未被元基因组技术或其它常规技术探测到的新型功能基因,或是对环境中物种丰度极小的未培养微生物的发现,以及对微生物细胞生命进化过程的研究等。本文对微生物单细胞基因组技术中单细胞获取和全基因组扩增所涉及到的不同方法以及应用此技术对环境微生物取得的主要研究进展进行综述。     

蚯蚓基因组学的研究进展: 基于全基因组及线粒体基因组

蚯蚓被喻为土壤中的“生态系统工程师”, 具有高度的多样性且在全世界都有分布, 被用作土壤健康的指示生物。蚯蚓具有极强的环境适应能力, 在不断适应的过程中促进了自身基因组的进化。本文对近年来蚯蚓全基因组以及线粒体基因组的研究进展进行了综述。蚯蚓全基因组的测序、拼装和分析为研究蚯蚓生态学、污染物对蚯蚓致毒的分子机制、免疫防御的分子机制、蚯蚓再生的分子机制等奠定基础。而线粒体基因组多应用于蚯蚓分子系统发育方面的研究, 目前已有多种蚯蚓通过线粒体基因组测序完成了物种的鉴定。本文建议今后重点开展以下几方面的研究: (1)针对现有的4种蚯蚓全基因组测序结果, 进一步进行比较基因组学、进化基因组学和功能基因组学的研究。(2)完善不同种蚯蚓的基因文库和表达序列标签。(3)建立线粒体基因组、全基因组与蚯蚓物种多样性的关联分析。     

多倍体植物中基因表达模式的变化

植物杂交和多倍化能导致基因组结构发生变化,并显著影响了基因表达,因此认为杂交和多倍化是促进植物进化的一个重要力量。近些年大量的研究表明植物多倍化后基因表达模式发生了复杂的改变,包括基因沉默、基因表达的基因组偏向性及组织特异性、基因激活等现象,本文对这些现象及其特点和机制进行了综述。     

细菌比较基因组学和进化基因组学

通过比较不同细菌基因组间差异性与相似性,进而深入研究其分子机理,最终与其表型特征联系起来,是为比较基因组学;不同细菌经过长期进化,其基因组在结构与功能上存在着明显的分化,并构成表型进化的遗传基础,大量细菌全基因组测序的完成,细菌进化基因组学应运而生;以比较基因组学为研究手段,细菌进化基因组学可从基因组水平深入认识物种分化、生境适应、毒力进化、耐药性产生蔓延等表型进化过程。     

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。     

全基因组关联分析:基因组学研究的机遇与挑战

全基因组关联分析(genome wide association study,GWAS)是利用全基因组范围内筛选出高密度的分子标记对所研究的群体进行扫描,分析扫描得出的分子标记数据与表型性状之间关联关系的方法。GWAS的出现为全面系统地研究基因组学掀开了新的一页,目前主要应用于人类疾病复杂性状的分析,已鉴定出大量与人类复杂疾病或数量性状相关的遗传变异,成为研究人类基因组学的关键手段。在植物基因组中的研究应用虽刚刚起步,但也取得了良好的效果,应用GWAS发掘植物复杂数量性状基因、为植物分子育种提供依据已成为国际植物基因组学研究的热点。然而,GWAS的结果还存在一些问题,并非早期预测和想象的那样简单。现针对GWAS的特点,对其在人类基因组和植物基因组中的应用及其未来发展进行综述。     

鼠疫耶尔森氏菌的进化研究:从系统发育学到系统发育基因组学

20世纪90年代末起,基因组学在细菌研究中应用越来越广泛,尤其在进化领域,取得了一系列革命性的发现.本文以鼠疫耶尔森氏菌进化研究为例,介绍了从利用基因组中少数特定片段(等位基因)多态性进行分析的传统系统发育学,到基于大量菌株全基因组序列进行系统发育基因组学的研究发展历程,回顾讨论了基因组学技术的进步为鼠疫菌进化研究领域带来的成果.     

哺乳动物系统发育基因组学研究进展

哺乳动物是一类最进化并在地球上占主导地位的动物类群,重建其系统发育关系一直是分子系统学的研究热点。随着越来越多物种全基因组测序的完成,在基因组水平上探讨该类动物的系统发育关系与进化成为研究的热点。本文从全基因组序列,稀有基因组变异及染色体涂染等几个方面简要介绍了当前系统发育基因组学在现生哺乳动物分子系统学中的应用,综合已有的研究归纳整理了胎盘亚纲的总目及目间的系统发育关系,给出了胎盘动物19 个目的系统发育树。本文还分析了哺乳动物系统发育基因组学目前所面临的主要问题及未来的发展前景。     

全基因组与串联复制后白菜基因的保留

全基因组复制与串联复制是两种重要的基因扩增途径,在生物进化过程中普遍存在.这两种复制方式相互关系的研究在拟南芥中已经取得很多成果.白菜(Brassica rapa)属于十字花科(Brassicaceae)芸薹属(Brassca),是一类重要的经济作物,也是研究基因组多倍化和形态演化的模式植物.白菜基因组的测序与组装工作已经取得了重大成就,运用比较基因组学的方法,通过比较白菜与模式植物拟南芥,可以清晰鉴定白菜基因组经历的全基因组三倍化事件.同时,白菜与拟南芥同属于十字花科,有较近的起源关系和良好的基因组共线性关系.因此,拟南芥可以作为外群研究白菜全基因组三倍化以及串联重复之后基因的偏向性保留.结果发现,在白菜中存在物种特有的偏向性保留基因,即与环境刺激相关的基因和与激素相关的基因.     

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.     

多倍体银鲫克隆多样性和双重生殖方式的遗传基础和育种应用

单性物种一般是多倍体,且通过单性生殖方式如雌核生殖、杂种生殖或孤雌生殖繁殖.与其他单性和多倍体物种相比,银鲫具有更高的倍性,为六倍体.它经历了几轮连续的基因组多倍化,还经历了一次额外的、在较近年代发生的基因组复制事件.更为重要的是,银鲫已被证实同时存在雌核生殖和有性生殖双重生殖方式.本文综述了银鲫的多倍化起源、克隆多样性和双重生殖方式的遗传基础,概述了其新品种培育和有关其生殖与早期发育相关基因鉴定的研究进展.已有实验证据表明,银鲫正处于二倍化的进化轨道中.作为一个新的进化发育(Evo-Devo)生物学模型,重点论述了银鲫在重复基因的功能歧化和单性动物的有性起源和进化等方面的研究前景.     

基因组学与昆虫抗药性研究

主要综述近年来基因组学技术在昆虫抗药性研究中的应用以及取得的新成果、新进展。基因组学是对生物体整个基因组结构、功能及其进化的研究。遗传连锁作图、定位克隆、数量特性位点作图、微阵列分析及转录沉默等 ,是近年来常用的基因组学研究技术。研究表明 ,应用基因组技术不仅能揭示新的昆虫抗药性机制 ,发现并定位、克隆新的抗药性基因 ,还有助于发现新型的杀虫剂作用靶标 ,改进昆虫抗药性的检 (监 )测技术以及加深人们对昆虫抗药性进化的认识等。     

植物功能基因组研究进展

随着植物基因组计划的深入,植物基因组学研究的重点已经转变为基因组功能的研究,即利用基因组序列的信息和高通量的系统分析技术,在基因组水平研究植物结构和组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系.对功能基因组学研究的内容、方法以及最新研究进展进行了综述.     

主要禾谷类作物比较基因组学研究策略与进展

随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序计划的完成, 比较基因组学作为一门新兴学科, 近年来发展迅速, 为植物基因组的进化、结构和功能研究开辟了新的途径。文章综述了比较基因组学在作物比较遗传作图、基因结构区域的微共线性、ESTs和蛋白质水平的比较以及基于比较基因组学的基因和QTL的克隆等方面内容与研究进展, 分析了不同水平上比较基因组学研究策略的原理、特点、可行性, 以期为利用模式生物的基因和基因组数据、采用比较基因组学策略克隆作物重要性状功能基因、阐明基因组结构与进化提供帮助。     

脊椎动物多倍体基因组演化研究现状——模型选取及研究方法进展

多倍化即全基因组加倍的现象,在植物中普遍存在,而在脊椎动物中相对罕见.多倍体植物类群如何克服"基因组休克"效应达成基因组稳定及演化等问题均有系统的研究和成熟的理论,同时也为脊椎动物多倍化研究提供了理论参考.本文综述了多倍化研究中的理论发展,以及脊椎动物类群中的研究模型和进展,论述了组学研究面临的挑战以及有效的技术策略,以期能为未来解析脊椎动物多倍体演化问题提供确实可行的思路.