鹅掌楸全基因组调查

鹅掌楸属树种是珍稀的第三纪孑遗树种,也是优良用材兼园林绿化树种。但其分子生物学研究进展缓慢,全基因组的破译成为鹅掌楸属树种分子生物学研究深入开展的关键。本研究基于Illumina测序平台首次对鹅掌楸基因组的大小进行测定,通过生物信息学方法对其重复序列情况和杂合率等基本信息进行了预估,并进行了初步组装。主要结果如下:(1)鹅掌楸全基因组大小预估为1.57 Gb;(2)鹅掌楸基因组的杂合率和重复序列比例分别为0.93%和58.58%;(3)鹅掌楸属于高重复高杂合基因组,建议后续可以采用二代+三代(Illumina+Pac Bio)测序技术相结合的策略,辅以Hi-C技术以及相应的拼接软件,有利于鹅掌楸高质量全基因组图谱的获得。     

基于流式细胞术和K-mer分析测定两种车前属植物基因组的大小

车前属(Plantago)植物车前(Plantago asiatica)和大车前(Plantago major)是中国传统药用植物。本研究采用流式细胞术与K-mer分析方法对车前和大车前的基因组大小进行测定,为后续全基因组测序提供参考。实验过程采用木本植物缓冲液(woody plant buffer, WPB)解离并制备车前和大车前嫩叶材料的细胞核悬浮液,以玉米基因组DNA为对照,通过流式细胞仪测定经碘化丙啶(propidium iodide, PI)染色的车前属植物细胞核样品的荧光强度,计算基因组大小。此外,本研究采用高通量测序技术对车前和大车前进行双末端测序,同时利用K-mer法估计基因组大小,并分析杂合率、重复序列和GC含量等信息。结果显示,利用流式细胞术测得车前基因组大小约为2 386.01 Mb;大车前基因组大小约为743.14 Mb。而通过基因组测序,分别获得了78 Gb的车前和58 Gb的大车前基因组数据。K-mer分析的结果表明,车前基因组大小约为2 161.54 Mb,测序深度为36 X;大车前基因组大小约为701.17 Gb,测序深度为80 X,K-mer分布曲线图显示车前和大车前都是低杂合基因组,车前基因组含有较高比例的重复序列(51.72%)。研究结果为揭示车前属植物基因组大小的进化提供了重要证据,也为后续三代全基因高通量测序和组装提供了必要的数据参考。     

马齿苋的基因组大小估算及基因组调查测序

马齿苋作为蔬菜、传统中药和动物饲料具有悠久的应用历史。然而,马齿苋的分子生物学研究一直比较滞后,缺乏组学数据是一个重要的障碍。本研究以栽培品种‘北农1号’(BN1)为实验材料,采用流式细胞术和基因组调查测序等技术对马齿苋基因组特征进行了初步研究。细胞遗传学染色体计数表明马齿苋BN1的体细胞有52条染色体(2n=52)。流式细胞术分析估算BN1的基因组大小在1 089～1 445 Mb之间。运用第二代DNA测序技术和K-mer分析,估算马齿苋BN1的基因组大小约为1 295 Mb,基因组杂合率为0.103%,重复序列含量为59.27%。本研究进一步利用获得的DNA序列数据,从头组装了一个大小为963.2 Mb的马齿苋基因组,重叠群N50长度为20.1 kb。BUSCO分析表明基因组完整度为90.4%。本研究为马齿苋的基因组测序和分子育种研究提供了有价值的数据。     

攻克高复杂基因组组装,获得高质量中国种茶树基因组草图

正茶树是一种自交不亲和的多年生木本植物,种间频繁杂交导致基因组杂合度高(2.8%),同时基因组大(约3.0G)且重复序列含量极高,致使获得高质量参考其基因组难度极高。研究团队以国家级茶树品种舒茶早(中国种)为材料,整合二代Illumina Hiseq2000和三代PacBio两大测序平台的优势,采用杂合组装策略,获得了高质量的茶树全基因组信     

基于流式细胞术和基因组Survey测定药食同源植物赤苍藤的基因组大小

为了解药食同源植物赤苍藤的基因组大小、基本结构特征及确定适合该物种的基因组测序方案,本研究采用流式细胞术,结合基于K-mer分析的全基因组调查和生物信息学,测定和分析赤苍藤基因组。结果表明,流式细胞术估算赤苍藤的基因组大小为2.0～2.2 Gb;Survey分析获得赤苍藤有效数据152 Gb,估计基因组大小约为2 103.11 Mb,杂合率为0.90%,重复序列比例为75.20%,基因组GC含量约为38.50%,推测赤苍藤基因组大小约为2.1 Gb,并初步判断其具有较高的重复序列和杂合率。本研究结果确定了赤苍藤基因组为复杂基因组,可为后续开展全基因测序时的策略选择提供重要参考,为下一步开展全基因组图谱绘制、挖掘重要功能基因提供了有效数据。     

山胡椒基因组大小的估测及其重要自然群体的倍性鉴定

山胡椒是一种果实富含油脂、根茎叶具较高药用价值的经济树种。现阶段山胡椒基本处于野生状态,分析山胡椒的基因组大小特征及自然群落个体倍性,对促进该物种种质挖掘利用具有重要意义。本研究通过流式细胞术和K-mer频数分析两种方法对山胡椒基因组大小进行预测,并利用前者分析三个山胡椒自然群体(河南鸡公山,贵州梵净山和台湾大肚山)的个体倍性。流式细胞术以山苍子(2n=2x=24)作为内标。K-mer频数分析通过对其基因组DNA进行Illumina测序,得到过滤数据218.64 Gb。流式细胞实验结果显示,山胡椒基因组大小约为2.32 Gb,而K-mer频数分析显示其基因组大小约为2.22 Gb,杂合率为1.42%,重复率为76.75%。本研究共检测了123份个体,获得结果 118份,结果显示全为二倍体。综合两种分析方法,本研究认为山胡椒是高杂合、高重复物种,基因组大小为2.22～2.32 Gb。个体倍性鉴定结果表明,不论是有性生殖还是孤雌生殖,中国境内的山胡椒野生型个体基本为二倍体,自然种群倍性处于稳定状态。研究结果可为后续山胡椒的基因组学、生殖学研究与利用等相关工作提供参考。     

CITES监管植物习志野叶绿体基因组结构特征及系统发育分析

利用二代测序技术Illumina平台对CITES附录监管物种习志野(Tephrocactus geometricus)进行叶绿体全基因组测序与组装,并对其基因组结构特征及系统进化关系进行分析。结果表明,习志野叶绿体基因组具备典型的环状四分体结构,全长116 183 bp,包含72个蛋白编码基因、6个rRNA基因和30个tRNA基因。习志野叶绿体基因组共编码16 119个密码子,编码亮氨酸(Leu)的最多;共发现微卫星位点259个,其中最多的是单核苷酸重复序列186个。采用ML法构建系统进化树,习志野与巨人柱属的巨人柱(Carnegiea gigantea)亲缘关系最近。本研究为习志野的分子标记开发、系统发育关系研究、叶绿体转化技术、濒危机制的解析等提供了基础数据参考,同时也丰富了仙人掌科植物的叶绿体基因组遗传信息。     

我国完成短花药野生稻基因组测序及分析

在I-OMAP计划的框架下,中国科学院遗传与发育生物学研究所陈明生课题组通过与深圳华大基因、亚利桑那大学等合作,利用第二代测序技术完成了261Mb高质量的短花药野生稻(O.rachyantha)全基因组序列,并开展了稻属比较基因组学和基因组进化的研究。研究揭示了稻属基因组在基因组大小、基因移动和异染色质进化等方面新的分子机制。     

云南绘出世界首个普通野生稻全基因组框架图谱

<正>2010年8月,由中国科学院昆明植物研究所高立志研究员带领的团队,完成了普通野生稻基因组高覆盖的序列测定、拼接和组装工作,获得普通野生稻全基因组从头测序的框架图。这是中国科学家自主完成的第一个野生稻全基因组测序计划,也是世界上第一个完成的高杂合度野生稻全基因组框架图谱。研究表明,普通野生稻的基因组大小约为3.70亿个碱基对,含有的基因总数目约为4.0万个,测序深度已达基因组大     

流式细胞术测定5种苔藓植物的基因组大小

作为藻类和维管植物之间的过渡类群,苔藓植物不仅占有重要的进化地位,它同时可作为园艺上的观赏植物。目前对很多苔藓植物的培养条件、基因组大小等信息非常缺乏,且已进行基因组测序的苔藓物种较少,这些都严重制约了苔藓植物系统学的研究和资源利用。本研究以基因组大小为942 Mb的野生番茄(Solanum pennellii)为内标,采用流式细胞术对5种苔藓植物的基因组大小进行测定,结果表明,拟短月藓(Brachymeniopsis gymnostoma)的基因组大小约为391.40 Mb,绒叶青藓(Brachythecium velutinum)的基因组大小约为386.96 Mb,尖叶梨蒴藓(Entosthodon wichurae)的基因组大小约为441.01 Mb,桧叶白发藓(Leucobryum juniperoideum)的基因组大小约为493.21Mb,明叶藓(Vesicularia montagnei)的基因组大小约为337.94Mb。本研究为苔藓植物的全基因组测序、分子生物学研究、亲缘进化研究以及园艺苔藓品种开发和育种等方面提供重要信息。     

金丝李叶绿体基因组序列分析

金丝李(Garcinia paucinervis)是集材用、观赏、药用多种用途的珍贵树种,具有较高的经济价值。为揭示金丝李叶绿体基因组结构特点以及系统发育位置,本研究利用Illumina HiSeqTM4000平台对其叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学方法分析其序列结构、基因特征、重复序列等,并构建系统发育树。结果表明,金丝李叶绿体基因组全长为157 649 bp,含有85 935 bp的大单拷贝(LSC)、17 738 bp的小单拷贝(SSC)以及一对26 988 bp反向重复(IRs)区。不同区域GC含量差异明显,大小依次为IR>LSC>SSC。该种共编码126个基因,包括81个编码蛋白基因(PCGs)、37个tRNA基因(tRNAs)和8个rRNA基因(rRNAs)。共鉴定出96个SSR,以单碱基重复为主,且偏好碱基A和T。金丝李IR边界无明显的扩张或收缩,但位于IR区边界的基因有差异;系统发育树显示金丝李与同属的莽吉柿(Garcinia mangostana)、大果藤黄(Garcinia pedunculata)、岭南山竹子(Garcinia oblongifol...     

五家渠尖缘螺线粒体基因组测序分析

为了获得五家渠尖缘螺线粒体基因组全序列,分析其组成特征,探讨其与同科的腐败琥珀螺以及肺螺亚纲相关类群之间的系统发育关系,运用Illumina Hiseq 2000高通量和Sanger测序技术以及MITOS在线注释及Genious R11.0等软件,对五家渠尖缘螺线粒体基因组序列进行了测序与分析.结果表明,五家渠尖缘螺线...     

高等植物线粒体基因组进化分析

线粒体是进行呼吸代谢、为生命活动提供能量的细胞器;其基因组相对独立于核基因组,表现为半自主遗传特性。植物线粒体基因组较大,基因组重排、重复序列重组,以及基因获得/缺失/转移/重复等频繁发生,很大程度影响其基因的正常功能行使;同时,也增加了研究其基因功能及其基因组进化的难度。新一代测序技术降低了测序成本,数据库中测序基因组数据激增。其中,也包括大量已获得的植物细胞器——线粒体和叶绿体的基因组序列。本文使用公用数据库的线粒体基因组序列,通过对高等植物线粒体DNA序列、结构、功能基因丢失/迁入、DNA片段水平转移、重复序列及RNA编辑等方面比较分析,试图从某些侧面揭示植物线粒体基因组复杂的进化特征与过程,为解析植物线粒体基因组的进化、探讨细胞质雄性不育机制提供新证据。     

樟叶木防己叶绿体基因组特征分析

为探讨樟叶木防己(Cocculus laurifolius)叶绿体基因组特征及与同科属叶绿体基因组的系统发育关系。采用Illumina HiSeq 4000平台对樟叶木防己进行测序、组装和注释,并对其序列特征、密码子偏好性、重复序列、简单重复序列、系统发育进行分析。结果表明,樟叶木防己叶绿体基因组呈典型的四分体结构,总长度为157 961 bp,包括大单拷贝区长度为89 173 bp,小单拷贝区长度为20198bp,反向互补重复区长度为24295 bp;共有基因129个,其中蛋白质编码基因85个,tRNA基因36个和rRNA基因8个;密码子偏好性分析表明,亮氨酸(Leu)的密码子数量最多(4 920个),而半胱氨酸(Cys)的密码子数量最少(568个);从樟叶木防己叶绿体基因组中共检测出26个长重复序列及65个SSR位点;系统发育分析表明,樟叶木防己与粉防己(Stephania tetrandra)聚为一支,亲缘关系最密切。本研究为防己科和木防己属分子标记、物种鉴定、亲属关系解析、遗传多样性分析等研究提供科学依据。     

‘玉铃铛’枣叶绿体基因组特征及密码子偏性

为探究‘玉铃铛’枣叶绿体基因组密码子的使用模式,本研究利用Illumina NovaSeq平台进行测序并组装,获得其叶绿体全基因组序列;利用CodonW 1.4.2、CUSP、SPSS、MISA v1.0等软件分析其密码子偏好性。结果表明,‘玉铃铛’枣叶绿体基因组大小为161 720 bp,注释共得到131个基因,包括86个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因;密码子的第三位的GC含量为28.82%,有效密码子数范围为33.72～59.39,RSCU>1的密码子30个,高表达优越密码子27个,对比得到最优密码子9个,且均已A/U结尾;密码子偏性分析均表明,‘玉铃铛’枣叶绿体基因组使用密码子的偏性受选择影响更大。本研究对叶绿体基因组密码子优化和鼠李科系统进化的相关研究提供重要参考。     

基于RAD-seq的苦草属(Vallisneria) SSR标记开发

苦草(Vallisneria)隶属于水鳖科(Hydrocharitaceae),是水域生态修复的先锋物种。为了对苦草属植物进行比较全面的SSR信息分析,本研究基于RAD-seq (restriction-site associated DNA sequencing)简化基因组测序技术获得了苦草的简化基因组序列信息,并开发了SSR分子标记与引物设计。在所得序列中共检测到366个SSR位点,成功设计出引物的有355个,其中二碱基重复基序数量最多,占总数的59.56%,通过筛选和验证,最终确定了23对具有多态性的SSR引物。Genepop软件分析结果显示,这23个位点的等位基因数均值为3.26,多态性高且不连锁(P0.05);4个位点在多数群体中偏离哈迪温伯格平衡(P0.01)且纯合子与杂合子比例相当(观测杂合度均值0.460),近交系数高(Fis均值0.880),可能是因为单个群体采样集中,且由于苦草属植物同时具备无性、有性两种繁殖方式中的无性繁殖所致。     

藏药细果角茴香转录组SSR分布特征分析

为探究藏药细果角茴香转录组中简单重复序列位点信息,本研究利用Illumina HiSeq~(TM) 2500高通量测序平台,RNA-Seq测序技术对藏药细果角茴香植株进行测序,并采用生物信息学MISA数据分析进行拼接后查找SSR位点。细果角茴香转录组测序共获得27 979个重复单元长度为2～6个碱基的微卫星重复序列,总的SSR碱基数为142 108 085 bp,平均每3.1 kb出现1个SSR位点。细果角茴香SSR中主要重复单元类型为三碱基,占SSR总数的68.34%,在统计的213种重复类型中(AAG/CTT)_n所占比例最高为(7 773,27.78%),其次是(AG/CT)_n(4 735, 16.92%)和(ATC/ATG)_n(2 420, 8.65%),藏药细果角茴香转录组中SSR位点分布频率较高,重复单元类型丰富。研究首次基于细果角茴香转录组高通量测序数据开发了SSR分子标记,为细果角茴香遗传连锁图谱、DNA指纹图谱、遗传多样性评价、种植资源收集与鉴定和分子标记辅助育种等工作提供了科学基础。     

彩色花椰菜叶绿体全基因组特征分析

使用Illumina HiSeq 2500高通量测序平台测序组装白色、紫色、橙色、淡绿色4种花椰菜叶绿体全基因组，分析结果显示，花椰菜叶绿体基因组全长为153 364 bp(淡绿色)和153 366 bp(白色、紫色、橙色),由4个区域组成，包括1个88 136～88 138 bp的长单拷贝区(LSC)、1个17 834～17 835 b的短单拷贝区(SSC)以及2个26 196～26 197 bp的反向重复(IRa/IRb),4种花椰菜叶绿体基因组均注释132个基因，包括87个蛋白编码基因、37个tRNA和8个rRNA。有19个基因在IR区重复；平均总GC含量均为36.36%;共有67种密码子编码24种氨基酸，32个密码子的使用频率(RSCU)大于1.00,偏向于以A或U结尾的同义密码子占90.6%,系统发育分析表明，花椰菜和甘蓝亲缘关系最近，它们与芥菜和欧洲油菜聚为一大类。     

山东省主要栽培苹果基因组重测序及SNP芯片位点挖掘

为促进苹果品种快速鉴定、种质资源评价及选择利用,本研究对山东省31个栽培苹果开展了重测序及SNP位点挖掘研究.样品DNA提取自叶片,并按照Illumina操作手册制备双端文库.经由Hiseq 4000平台对31个苹果基因组进行重测序,共产生了363 Gb的高质量序列,平均每样品12.5 Gb,这代表了苹果基因组大约15.9倍覆盖度.充分满足重测序分析及SNP位点挖掘的需要.错配率比较试验发现随着错配率逐渐升高,比对率逐渐升高至饱和.其中总比对率、成对数据比对率及单端数据比对率与错配率呈现显著相关(P＜0.0001),均符合一元四阶方程(回归系数R2＞0.99).随着错配率提高,比对严谨度降低;基因组覆盖度逐渐升高,杂合位点准确度逐渐提高.采用两种算法所得到的位点,根据'染色体+位点信息'作为特征值取交集,得到高可靠的单碱基SNP位点数据集:共检测到374404个变异,平均每隔1896个位点能够检测到一个变异,桑格验证试验准确度高达98.1％.SNP的功能注释分析结果显示在全部373763个位点中有143269个(38.27％)位于基因间区,25047个(6.7％)位于基因编码区,179426个(47.92％)位于基因上游-下游的2kb区域.在所有编码区SNP里,有13422个是非同义变异位点,11625个是同义变异位点.两种SNP比率为1.15∶1.进一步利用过滤的4DTV位点,采用邻接算法构建的聚类分析结果符合山东省栽培苹果分类的趋势.     

芸香科植物叶绿体基因组结构和系统发育分析

本研究对已公布的芸香科12属43个物种叶绿体全基因组序列的结构特征进行了比较分析。芸香科叶绿体基因组大小为157～161 kb,基因数目为119～138,蛋白质编码基因数目为83～92。蛋白质编码基因中,11个为重复基因,共有基因为79个,13个基因存在不同程度的丢失。长度≥200 bp的蛋白质编码共有基因中,变异率最高的5个基因依次为ndhA、clpP、matK、rps16和rpl16。重复序列分析结果表明,最主要的重复序列类型为串联重复和回文重复,山小橘属2个物种的重复序列显著多于其他物种。大部分SSR (Simple sequence repeats)位点都偏向于A或者T组成,柑橘属中以三核苷酸重复最多,花椒属中主要为二核苷酸重复(单核苷酸重复除外)。基于基因组序列和蛋白质编码基因,均得到支持率高,拓扑结构基本一致的系统发育树结果。芸香科为单系类群,科下形成两个大分支,其中柑橘亚科为单系和芸香属形成一支;另一大支中,香肉果属是最早分化出来的类群,黄檗属+吴茱萸属为花椒属的姐妹群。本研究结果有助于更好的了解芸香科物种的系统进化。