转录组学在牧草上的应用进展

牧草是发展草地畜牧业的重要基础。随着高通量测序技术的发展,转录组测序在牧草种质资源评价、重要性状形成机制以及优异基因资源挖掘、分子标记开发等方面已有较广泛的应用。本文从生长发育、生物胁迫适应机制、非生物(盐碱、极端温度、干旱、营养亏缺、重金属等)胁迫适应机理、逆境转录因子挖掘和分子标记筛选等方面对当前有关牧草转录组学研究进展进行综述并展望,以期为相关研究工作的开展提供参考。     

转录组测序技术在绒毛用羊中的应用研究进展

高通量转录组测序技术在绒毛用羊参考转录组信息的研究过程中发挥着越来越重要的作用。作者主要介绍采用二代高通量测序技术(以RNA-Seq为主),挖掘绒毛用羊产毛、产绒等重要功能性状的分子标记,重点分析新发现的山羊新基因及与绒毛用性能相关的候选标记,为调控绒毛生长的分子机制、相关基因表达调控网络及绒毛分子育种等工作的深入研究提供参考。     

猪肉品质遗传研究进展与启示

通过分析近几年猪肉质性状方面遗传研究进展,综述了候选基因法、转录组、蛋白组及全基因组关联分析等不同研究方法对影响猪肉品质基因的挖掘,分析了现有遗传研究工具在肉质研究中存在的问题,并对肉质性状分子遗传研究前景提出展望,为进一步促进分子遗传标记在猪肉质性状中的遗传改良的应用提供参考。     

用于羊草基因分型的SNP分子标记技术研究

以我国广泛分布的多年生优势禾本科牧草羊草为研究材料,针对羊草目前尚无SNP标记技术的报道,基于实验室已有的转录组数据,挖掘其中的SNP分子标记,建立一种利用高分辨率熔解曲线(high-resolution melting, HRM)进行羊草SNP基因分型的方法。结果表明,从羊草转录组数据中获得41843个SNPs,转换的数量是颠换数量的2倍;建立了基于SNP的HRM基因分型方法,设计了112对SNP引物,其中有98对(87.5%)能扩增出明亮单一条带,扩增条带大小符合预期的有72对(64.29%),适宜进行HRM基因分型的引物有46对,占41.07%;用其中的7对引物可将羊草48份种质区分开,并绘制出指纹图谱。通过对部分HRM基因分型结果进行测序验证,表明测序分析的基因型结果与HRM基因分型结果一致,证明HRM基因分型结果是可靠的。本研究首次建立的基于SNP的HRM基因分型方法,可用于羊草种质资源的指纹图谱绘制、育种亲本的选配、基因关联分析、分子标记辅助育种、功能分子标记开发、新品种的保护等育种工作。     

沙打旺EST-SSR分子标记开发及其遗传多样性分析

沙打旺是一种高产优质、抗逆性强的多年生异花授粉豆科牧草,但分子标记的缺乏限制了其在遗传育种等方面的研究和利用。本研究旨在开发大量沙打旺EST-SSR分子标记,为沙打旺种质改良和遗传多样性分析提供参考资源。首先利用De novo转录组测序技术对两个沙打旺种质(CF019650, CF020070)进行RNA-seq测序,并对测序数据进行拼接获得总长度为190587631 bp的151516个unigenes。进一步在其中的30262个unigenes中检测到39163个EST-SSR位点,SSRs分布频率为25.85%。其中6635 (21.93%)条unigenes含有两个及以上SSR位点,复合SSRs有3514个(11.61%)。对所有EST-SSR位点进行引物设计,共得到22367对特异性引物。利用两个沙打旺种质(CF019650, CF020070)对随机合成的100对引物进行初步筛选,其中90对可扩增出目的特异性条带。随机选择其中51对引物对27个沙打旺种质的遗传多样性进行评估,结果表明:51对引物的平均等位基因数、平均多态性信息含量(PIC)、平均期望杂合度(He)和平均观测杂合度(Ho)分别为8.750、0.682、0.719和0.730。主成分及聚类分析结果揭示不同生态型(匍匐或直立)沙打旺种质的遗传分布具有明显的种质特异性,且聚类结果与其地理来源之间具有较高的相关性。新开发的EST-SSR分子标记可促进沙打旺遗传改良和基因组学研究,有助于沙打旺分子标记辅助育种、QTL定位和遗传变异分析。     

苏丹草转录组SSR分子标记开发及遗传多样性评价

苏丹草是一种高产优质的禾本科牧草,优质分子标记的缺乏成为苏丹草育种工作顺利开展的限制性因素。本研究基于高通量测序结果开发苏丹草EST-SSR标记,并对34份苏丹草和2份高丹草种质资源进行了遗传多样性分析,验证所开发的EST-SSR引物的可应用性。从苏丹草转录组的80686条序列中鉴定出17548个SSR位点分布在13574条序列中,分布频率为16.82%。一、二和三核苷酸重复分别占38.59%、19.18%和39.09%,SSR重复基元的重复次数分布在5~23次;开发的300对引物扩增成功率达73.67%,其中54对多态性引物在36份供试材料中共扩增出275条带,其中多态性条带有205条,多态位点百分率(PPB)为73.05%,多态信息含量(PIC)平均值为0.41,遗传距离的变化范围为0.3922~0.9020;聚类分析结果将36份供试材料分为3大类群,相同品种的材料大致聚为一类,材料间的聚类与地理来源呈一定的相关性。以上结果证明了利用苏丹草转录组数据开发SSR标记的可行性并揭示了供试材料间具有丰富的遗传多样性,为苏丹草及近源物种种质资源的多样性水平和变异分析以及分子标记辅助育种等研究提供依据。     

麝科动物的起源进化与遗传多样性研究进展

对麝科动物的分子遗传学研究不仅可加深人们对麝科起源及物种形成的认识,而且对麝科动物群体遗传多样性的保护具有重要意义。随着现代高通量测序技术及分子遗传学、生物信息学的迅速发展,人们对麝科起源与进化进行了较为系统的研究,取得了可喜成果。文章就近年来国内外对麝科动物的起源进化和遗传多样性研究进展进行回顾,揭示麝科动物的演化史,利用分子遗传标记、基因组学、转录组学等先进技术,研究麝科动物的遗传多样性以及麝香分泌相关机制或功能基因,并对未来麝科动物起源进化以及遗传多样性研究趋势进行了展望。     

转录组测序及其在牧草基因资源发掘中的应用前景

本研究概述了基于新一代高通量测序技术转录组测序的基本原理、实验流程、数据分析和目前的应用现状,并结合抗旱牧草转录组测序研究思路,展望了转录组测序可能对牧草种质资源基因发掘及其在牧草作物种质创新与品种设计育种中产生的影响。     

鸭茅的分子育种

鸭茅(Dactylis glomerata)是世界著名的优良冷季型禾本科牧草。和其他农作物相比,鸭茅分子遗传育种起步较晚,但近年来,随着分子生物学的发展和新技术的应用,鸭茅分子遗传育种发展迅速,目前已取得了一些初步成就。本文回顾了近年来国内外鸭茅在分子标记开发、种质资源的评价、遗传多样性分析、指纹图谱构建、遗传图谱构建、重要性状的基因定位、基因的遗传转化等方面的主要研究,并对当前存在问题进行分析及未来发展方向进行展望。     

白花草木樨EST-SSR标记的开发与筛选

草木樨(Melilotus)是重要的豆科牧草之一,然而草木樨分子标记匮乏,限制了草木樨种质资源的开发与利用。本研究以白花草木樨(M.albus)转录组数据为基础,设计了18 182对草木樨EST-SSR引物,并对所开发的EST-SSR引物进行筛选。通过PCR扩增从550对EST-SSR引物中筛选得到206对白花草木樨多态性引物,共检测出679个等位基因,平均每对引物检测出2.888个基因位点。多态信息含量PIC的分布范围为0.239~0.855,平均值为0.468。206对多态性引物Nei’s基因多样性指数(H)和Shannon信息指数(I)的平均值分别为0.169和0.239。本研究开发的EST-SSR丰富了草木樨属的分子标记,为研究种质资源的遗传多样性和分子辅助育种奠定了基础。     

ZBED6基因对巴马香猪脾发育的作用机制分析

ZBED6基因作为一个转录因子,能够与IGF2结合进而调节肌肉的生长发育。但其在脾生长发育中的作用尚不清楚,本研究利用RNA-seq测序技术比较ZBED6基因敲除巴马香猪（ZBED6-KO）和同日龄野生型巴马香猪（WT）的脾组织转录组,探究ZBED6基因对巴马香猪脾组织的发育影响。利用t检验对ZBED6-KO猪和WT猪脾组织大小的表型差异及ZBED6直接调控的靶基因IGF2的表达量进行显著性分析。提取ZBED6-KO猪和WT猪脾组织的总RNA,在Illumina Hiseq 2500平台进行RNA-seq分析。以猪Sus scrofa11.1为参考基因组,用转录组分析的标准流程筛选ZBED6-KO猪和WT猪脾组织中的差异表达基因。用DAVID在线网站对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。然后,随机选取7个差异表达的基因,利用实时荧光定量PCR技术验证测序结果的准确性与可靠性。结果显示,与WT猪相比,ZBED6-KO猪脾的重量和IGF2基因表达量均显著增加（P<0.05）,表明ZBED6基因的敲除对巴马香猪脾组织的生长发育有一定的促进作用。测序结果显示,各样本至少获得4G的数据量,每个样本的Clean Ratio及Q30比率均在90%以上,83.94%以上的reads可比对在猪的参考基因组上,表明测序数据质量良好,真实可靠;对测序数据进行转录组分析,共筛选到161个差异表达基因,其中上调基因90个,下调基因71个;差异表达基因的层次聚类分析显示,ZBED6-KO猪的3个个体（spleen1、spleen3、spleen6）的表达模式相似,WT的3个个体（spleen2、spleen4、spleen5）的表达模式相似,进一步证明测序数据的准确可靠;GO和KEGG富集分析中,富集到10条显著的GO条目以及5条显著的信号通路,2条与肌肉发育相关的通路;实时荧光定量PCR试验随机检测7个差异表达基因的表达模式与RNA-seq分析结果相一致,证实了测序数据的可靠性。以巴马香猪为模型,利用RNA-seq技术研究ZBED6基因的敲除对中国地方猪脾发育的作用影响,为挖掘ZBED6基因的更多功能提供了基础。     

分子标记技术在牧草种质资源研究中的应用

系统地介绍了分子标记技术(RFLP、RAPD、AFLP、SSRI、SSR)的原理、特点及其在牧草种质资源的遗传连锁图谱的构建和基因定位、遗传多样性与亲缘关系分析、品种鉴定与纯度分析以及加速和优化育种进程等方面研究的应用,对我国草地发展、环境生态建设等方面具有十分重要的意义,并对今后在牧草种质资源研究中应用分子标记提出展望。     

Dual RNA-seq技术及其在宿主-病原体相互作用中的研究进展

利用转录组测序技术(RNA-seq)进行转录组分析是了解病原体入侵宿主分子变化的重要工具,与RNA-seq相比,Dual RNA-seq技术无需分离两物种,只需构建一个转录组文库,便能同时对两个(或多个)研究对象进行测序和分析,能够直观的揭示病原体和宿主相互作用过程中转录组学动态变化。同时还可以通过互作模型图获得物种间基因的调控关系,预测两物种相互作用的机制,被广泛应用到人类疾病和生物感染模型的相互作用研究中。为了解Dual RNA-seq技术及其在宿主-病原体相互作用研究中的前景,本文对Dual RNA-seq在宿主-病原体相互作用研究进展进行综述。     

低温和干旱胁迫下牧草的抗逆性机制

低温和干旱是限制牧草生长发育和产量的两个非生物胁迫因子。掌握牧草抗逆性机制,选育具有强抗寒性和抗旱性的牧草是寒旱地区草牧业高质量发展和退化草地生态系统恢复的重要基础。在形态学层面,低温和干旱胁迫条件下牧草会形成多种抗逆性形态结构,这些结构的变化能很好地反映牧草对逆境的响应和适应能力。在生理生化层面,牧草通过调节超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质、脱落酸、乙烯、赤霉素和细胞分裂素等的响应,以适应低温和干旱胁迫。在分子水平层面,牧草通过信号转导、应答和抵御基因的表达等综合作用,以适应寒旱胁迫。总之,本研究从牧草形态学、生理生化和分子水平三个层面综述了牧草对低温和干旱胁迫的响应和适应机制,以期为全面认识牧草抗逆机制提供重要参考。     

基于转录组测序的高羊茅分蘖与株高相关差异表达基因分析

分蘖与株高是禾本科草类植物重要的农艺性状,明确参与调控分蘖与株高的基因类型对牧草和草坪草分子辅助育种具有重要意义。以表型差异明显的两个高羊茅品种“Kentucky-31”（K31）和“Regenerate”为材料,旨在构建高羊茅分蘖节转录组图谱,挖掘在分蘖节部位调控生长发育相关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）。基于高通量测序技术平台Illumina HiSeq 2500×Miseq 300进行转录组测序,并将得到的数据进行de novo组装,结果共获得77872条单基因簇（unigene）。将获得的unigenes与非冗余蛋白数据库（non-redundant protein database,NR）、蛋白质数据库（universal protein,Uniprot）、基因本体数据库（gene ontology,GO）、东京基因与基因组数据库（kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）以及直系同源蛋白簇（clusters of orthologous groups,COG）数据库进行比对,结果显示：分别有59927、40213、44447、15146和13767条unigenes成功获得注释。“Regenerate”与“K31”对比有1573个上调DEGs和1441个下调DEGs。GO富集分析发现,DEGs主要富集在细胞、细胞组分、大分子复合物组装等生物过程。DEGs中共注释到42个差异表达转录因子,主要包括TCP、WRKY和ARF等19种类型。还注释到与8类植物激素相关的DEGs,包括生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素、乙烯、油菜素甾醇、水杨酸和茉莉酸。利用实时荧光定量PCR对DEGs进行表达模式验证,发现其与RNA-Seq测序结果一致,证实了测序结果的准确性。研究结果丰富了高羊茅的转录组序列资源,初步获得控制株高及分蘖发育的候选因子,为进一步开展基因功能及分子育种研究提供了理论支持。     

菊苣的基因组大小估算及基因组调查测序

菊苣(Cichorium intybus L.)是一种多年生、药食同源的植物,既可作为蔬菜种植,也可作为优质牧草推广应用。本研究对‘将军’(K042)这一具有较高饲用价值的菊苣牧草品种展开物种鉴定、染色体计数、基因组大小估算、调查测序及初步组装研究。系统进化分析表明,K042跟生菜的亲缘关系较近。染色体计数结果显示,K042体细胞有18条染色体(2n=18);流式细胞术实验结果显示,K042的基因组大小约为1170.00Mb;二代Illumina HiSeq测序分析进一步估算K042基因组大小约为1424.00Mb。K042基因组的杂合率为1.12%,重复序列含量为73.56%。K042基因组具有高重复、高杂合的复杂特征。根据基因组测序结果对K042展开基因组组装工作,组装后基因组大小为823.36Mb,重叠群N50长度约为1.03kb,本研究结果可为将来菊苣分子生物学和遗传育种研究提供重要的基因组学基础参考数据。     

VIPR-1基因5′调控区多态位点与鸡就巢性的关联分析

本研究旨在探索血管活性肠肽I型受体(Vasoacitve intestinal peptide type I receptor,VIPR-1)基因5′调控区(-496～-1bp)多态性及其单倍型效应对鸡就巢性的影响,寻找影响肉鸡就巢性的分子标记,为降低或者剔除肉鸡就巢行为的育种研究提供相应依据。采用测序技术对498只清远麻鸡VIPR-1基因5′调控区进行多态性检测及基因型分析,利用最小二乘均数对VIPR-1基因5′调控区的多态位点与就巢性状进行相关分析,利用PHASE软件对多态位点进行单倍型分析。结果,VIPR-1基因5′调控区存在12个多态性位点,G-359T、G-266T、A-134G、A-94G、C-72G对18～43周龄的就巢持续天数影响达到显著水平(P<0.05),A-94G位点对18～54周龄的就巢率的影响达到显著水平(P<0.05);构建的单倍型对18～54周龄的就巢持续天数的影响达到极显著水平(P<0.01)。最小二乘分析结果表明,CCTGGGAAGCAG/TTGGGGAAGCAC型个体的就巢持续天数比其它单倍型个体极显著的延长(P<0.01)。结果表明,VIPR-1基因5′调控区(-496～-1bp)可能存在影响鸡就巢行为的分子标记,CCTGGGAAGCAG/TTGGGGAAGCAC型个体对鸡就巢性具有较大的遗传效应,可作为分子标记应用于家鸡就巢行为的筛选。     

分子标记技术在绵羊育种中的应用现状分析

分子标记是以个体间核苷酸序列变异为基础的遗传标记,是DNA水平上的遗传多样性的直接反应。分子标记技术是在DNA水平上进行多态性分析的一种技术手段,具有效率高、准确度高的特点,在绵羊育种中有着广泛的应用。分子标记技术不仅可以对绵羊的基因进行定位,而且可以对绵羊群的遗传结构进行分析,重要的是可以进行绵羊的标记辅助育种,对绵羊的育种起重要作用。作者介绍了以Southern杂交、PCR扩增、重复序列和单核苷酸多态性（SNP）为基础的分子标记技术的基本原理及优缺点,重点介绍了这些分子标记技术在绵羊的体尺、屠宰、繁殖等性状中进行标记辅助选择时的应用,揭示了在实际生产中分子标记技术对于绵羊选种与选配、提高其经济价值的重要意义,并基于目前分子标记技术在绵羊育种中的运用,以及未来分子标记技术的应用作出展望。