我国植物病原真菌最新研究进展——植物病原真菌专刊序言

本期《菌物学报》"植物病原真菌专刊"刊登了12篇文章,其中关于病原真菌种类调查、鉴定及形态描述的文章5篇,病原真菌检测与检疫的文章2篇,病原真菌种群结构的文章2篇,基因组学研究进展的文章3篇。本期内容基本体现了我国植物病原真菌研究的最新进展,对今后的植物病原菌形态分类、分子分析和基因组学研究都具有重要的参考价值。     

高通量测序分析DNA提取引起的对虾肠道菌群结构偏差

【目的】通过高通量测序技术,评价不同DNA试剂盒提取引起的对虾肠道菌群结构偏差,了解健康凡纳滨对虾肠道菌群结构特征。【方法】分别以细菌、粪便和组织DNA试剂盒3次重复提取凡纳滨对虾肠道总DNA(分别编号为SIB,SIS和SIT),检测DNA含量、纯度及其16S r DNA V4区可扩增性,进一步采用Illumina Mi Seq高通量测序比较SIB和SIS样品菌群组成和多样性。【结果】细菌试剂盒提取的虾肠总DNA效果最好,粪便试剂盒次之,而组织试剂盒所提DNA含量低且难以被扩增。从SIB和SIS样品分别获得52151±5085和55296±5147条有效序列,同一(46800条)测序深度下,SIS样品OTU(operational taxonomic unit)数量和Shannon多样性指数均显著高于SIB的,而SIB样品间OTU重复性则优于SIS样品间的。从SIB和SIS样品鉴定的优势门一致,均包括变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria),但不同分类水平上绝大多数优势菌群丰度在两种样品间差异明显。【结论】高通量测序分析表明对虾肠道菌群结构因DNA提取方法不同而呈现显著偏差;本研究健康凡纳滨对虾肠道核心菌群主要由发光杆菌属(Photobacterium),乳球菌属(Lactococcus),弧菌属(Vibrio),Aliivibrio和3个分类未定属构成。     

应用全外显子测序和显微切割技术识别1 例肺癌患者高频突变基因的异质性探索

目的:通过对一例肺鳞癌患者全外显子测序来识别这例肺癌的可能致病基因,并通过显微切割初步探索这例肺癌肿瘤细胞的起源与演化。方法:利用全外显子测序技术对肺癌肿瘤组织和相应癌旁组织测序;用COSMIC肿瘤数据库比较分析统计出肺癌可能致病基因;用激光显微切割技术提取五个不同部位肿瘤细胞;巢式PCR扩增,一代测序验证基因分型。结果:发现了这例肺癌病人的7个高频突变基因:LPHN2、TP53、MYH2、TGM2、C10orf137、MS4A3和EP300;这些基因在10×镜下和20×镜下经显微切割的肺癌组织的5个不同部位上的基因分型不同。结论:我们通过全外显子测序发现了这例肺癌的7个可能致病基因,并初步探索了这例肺癌肿瘤细胞是多克隆起源的。     

基于高通量测序数据构建斑马鱼隐性遗传突变筛选系统

目的:针对斑马鱼高通量测序数据,通过一系列质量控制和突变过滤,构建一套有效隐性遗传突变筛选系统。方法:A)经过与斑马鱼参考基因组比对,利用GATK获得初始的VCF格式突变信息。B)使用perl语言编写本地脚本,对突变信息进行过滤,注释等。C)通过绘制纯合突变点分布图,找出突变富集区域。整合以上步骤,构建出一套针对斑马鱼高通量测序数据的遗传性突变筛选系统。结果:对获得的突变位点进行了一系列的质量控制,定位到具体染色体上的特定区域,并且对获得的突变进行了功能上的注释。结论:本过滤筛选系统能有效控制检测的假阳性率,对斑马鱼致病性的隐性突变位点筛查提供有力参考。     

婴儿与母亲皮肤细菌群落结构的比较分析

为探索母婴皮肤细菌群落特征,本研究对8对母婴7个不同皮肤部位的细菌群落进行焦磷酸测序分析。结果显示,皮肤细菌主要属于放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。总体而言,母婴皮肤细菌群落的组成相似,但丰度存在差异。母亲皮肤表面的丙酸杆菌属(Propionibacterium)丰度显著高于婴儿(P<0.05)。在婴儿皮肤表面,链球菌属(Streptococcus)和葡萄球菌属(Staphylococcus)最丰富;剖宫产出生的婴儿额头表面葡萄球菌属的丰度显著高于自然分娩出生的婴儿(P<0.05)。婴儿皮肤表面特有的常驻菌属包括孪生球菌属(Gemella)、普雷沃菌属(Prevotella)、罗思菌属(Rothia)和韦荣球菌属(Veillonella)与成人常见的口腔细菌一致,表明母亲的口腔细菌对婴儿早期皮肤微生态有一定的塑造作用。婴儿皮肤表面的细菌种类与自己母亲相近,各细菌的含量则与其他婴儿相近。母亲皮脂溢出部位(额头和背部)的细菌多样性较其他部位低,且皮肤潮湿、干燥、脂溢部位之间细菌群落差异较大;而婴儿背部细菌群落与肘窝相似,额头与手背相似。     

基于深度卷积神经网络识别可变剪接位点

可变剪接源于多外显子基因生成多个转录本的调控过程。随着高通量测序,尤其是RNA-seq的研究进展,剪接序列和剪接位点可以通过挖掘海量的测序数据进行预测。可变剪接现象拓宽了人们对基因结构和蛋白质亚型的知识。然而现有的短序列比对软件受到随机性比对的影响,产生很多假阳性剪接位点,干扰下游数据分析。本研究发现,可变剪接位点周边序列的结构特征可被深度学习模型提取,并利用深度卷积神经网络识别剪接位点。本研究的模型具有识别率高、计算速度快,模型泛化能力强、鲁棒性高等优势。     

5例前列腺癌T细胞受体β链CDR3的多样性分析

T淋巴细胞受体(TCRs)在抗原识别免疫应答中作用重要,其多样性与宿主免疫反应及肿瘤预后判断密切相关。目的:采用高通量测序技术研究前列腺癌组织和癌旁组织中T细胞受体(TCR)克隆多样性及其克隆序列。方法:收集5例PC患者的癌组织和癌旁组织,提取DNA后经多重PCR技术对TCRβ链CDR3区进行扩增。用Illumina MiSeq进行测序,经过数据处理和比对分析,比较前列腺癌组织TCR CDR3组库的组成特征。结果:前列腺癌组织具有更高程度的克隆百分比和较高的高度扩增克隆比HEC(HEC:频率样本总读数的0. 5%的TCR克隆),并获得了24对在癌组织样本中差异表达的V-J基因组合、16对在癌旁组织样本中差异表达的V-J基因组合。结论:前列腺癌组织与癌旁组织均存在差异性的V-J基因组合以及高克隆表达的HEC,其中癌组织样品具有更高的HEC。PC发生发展对免疫学研究提供了新的数据,对PC免疫监视、T细胞受体变异标志等研究提供了参考,对以后继续研究打下了基础。     

直刺变豆菜叶绿体全基因组及其特征

直刺变豆菜(Sanicula orthacantha)是中国广泛分布的多年生草本植物, 也是一味著名的民族药。本文通过二代高通量测序平台Illumina HiSeq PE150对直刺变豆菜叶绿体全基因组进行测序, 并通过生物信息学方法对其结构特征进行分析。结果表明: 直刺变豆菜叶绿体全基因组大小为157,163 bp, 包括大单拷贝区(large single copy, LSC)、小单拷贝区(small single copy, SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat sequence, IRa和IRb), 长度分别为87,547 bp、17,122 bp和26,247 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构; 共注释得到129个基因, 包括8个核糖体RNA (rRNA)基因、37个转运RNA (tRNA)基因和84个蛋白质编码基因。直刺变豆菜在叶绿体基因组结构、基因种类、排列顺序上与其他伞形科植物基本一致。直刺变豆菜叶绿体全基因组测序的成功为变豆菜属植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析提供了新的方法。     

大口黑鲈池塘工程化循环水养殖系统的溶解氧时空变化及菌群响应特征

采用基于Illumina Miseq测序平台的高通量测序技术, 从不同角度(密度、区域、溶氧、季节)分析大口黑鲈(Micropterus salmoides)池塘工程化循环水养殖系统中溶解氧和水温对细菌群落结构和丰富度的影响。结果表明: 菌群丰富度在9月份最高, 在10月份最低。在昼夜变化中, 溶解氧最低时的菌群丰富度整体上高于溶解氧最高时。在不同区域中, 粪便收集区的菌群丰富度高于养殖区。在7—11月份的季节变化中, 变形菌、放线菌、拟杆菌和蓝细菌的相对丰度占据前四位; 在属水平上, 假单胞菌、黄杆菌和聚球菌为优势物种; 几乎每种细菌都具有显著或极显著的月份差异。假单胞菌的相对丰度与溶解氧和水温皆具有极显著的相关性。聚球菌、蓝细菌、CL-500_marine_group和Alpinimonas皆与水温具有极显著相关性。分枝杆菌、MNG7与溶解氧极显著相关。此外, 不同菌群之间也具有显著或极显著的相关性。实验结果表明放养密度、养殖区域、溶氧浓度和季节变化都会影响水体菌群丰富度。     

野生矮牡丹高通量转录组测序分析

为探究野生稷山矮牡丹(Paeonia jishanensis)花青素等抗氧化活性物质生物合成的遗传基础,本文采用高通量测序技术Illumina NextSeqTM500对其幼嫩叶片、嫩茎和花芽混合池样本进行转录组测序分析。共获得39450个unigene,其中3563个unigene中有4106个SSR位点。在Swiss Prot数据库中注释到29420个unigene,其中11个与花青素生物合成过程相关,22个与类黄酮生物合成过程相关,15个与异黄酮生物合成过程相关;NR数据库中注释高达100%,有12个与类黄酮生物合成相关,7个与花青素生物合成相关;GO数据库中注释到24291个unigene,分为生物学过程、细胞组分及分子功能等三大类53个功能组,有21个unigene与黄酮、黄酮醇及异黄酮生物合成有关,4个unigene与花青素合成有关;eggNOG数据库中注释到38238个unigene,涉及植物生长发育过程绝大多数生命活动过程;KEGG数据库注释到5709个unigene,分别定位到6大类别42个代谢途径,其中25个unigene与花青素生物合成相关。研究表明,在稷山矮牡丹转录组序列中,共鉴定和发掘出多个涉及类黄酮化合物生物合成、花青素生物合成过程的相关基因序列及SSR位点,为下一步开展相关代谢合成途径研究奠定了基础。