转录组测序及其在猪上的研究进展

转录组学是研究基因结构和功能的重要研究方法,其中RNA-seq测序技术的快速发展使得转录组学日益成为分子生物学和功能基因组学的重要组成成员。转录组测序技术是转录组学研究的重要基础,该技术关系着能否高效、准确地识别转录组信息,因而关乎着转录组分析的可行性。基因转录组测序技术的转录组学分析已经在猪、牛等畜种上有所运用,丰富了畜牧学的研究。文章主要对转录组测序的相关概念以及其在猪上的运用进行综述。     

转录组测序技术在生物学研究中的现状及展望

高通量测序技术在当前生物学研究中占据了越来越重要的地位,而转录组学的研究更是占据了很大区域。本文针对Illumnina测序对转录组测序的应用前景、发展概况以及存在的问题进行综述,并对Pacbio测序原理进行剖析,对Nanopore公司开发的MinlON四代测序进行展望,阐述整个转录组测序技术的发展。     

转录组测序在林草植物抗逆性研究中的应用

生物和非生物胁迫对农作物产量和生态环境造成极大的威胁,林草植物对外界环境具有较强的适应能力,因此挖掘林草植物抗逆基因,分析其抗逆机制已经成为当下的研究趋势。随着科学技术的发展,利用生物测序技术研究植物抗逆的分子机制已成为当今植物逆境生理和分子生物学研究的一个重大课题,其中转录组测序(RNA-seq)研究是揭示植物抗逆机理以及筛选抗逆基因的主要研究技术。以Roche/454、Illumina/Solexa和ABI/SOLID为代表的二代测序技术(NGS)发展迅速,相较于传统测序手段具有成本低、测序时间短、高通量等优点,已被广泛应用于全基因组、RNA-seq和miRNA测序等研究。因此,RNA-seq技术可加快林草植物抗逆机制的研究和抗逆基因资源的挖掘,从而为农作物、优良林草植物抗逆性遗传改良和新品种培育奠定基础。本研究详细介绍了近年来NGS技术在林草植物应对病虫害、高温、冷害、盐、干旱以及土地贫瘠等方面的转录组学的研究进展,最后针对转录组测序的发展趋势和应用前景进行了展望。     

RNA-seq在家禽中的应用研究进展

RNA测序(RNA-seq)作为新一代的测序技术,为全转录组的分析研究提供了强大的技术支持。最近几年,转录组学技术已广泛应用于生物学研究、医学研究、临床研究和药物研发等方面,RNA-Seq作为一种新的高效、快捷的转录组研究手段正在改变着人们对转录组的认识。同样,在对家禽的研究中,RNA-seq的应用也达到了前所未有的热度。文章综述了近年来家禽在生长发育、繁殖性状、家禽遗传多样性及适应性研究及家禽疾病相关基因筛选方面的转录组学研究进展,在综述已有成果的基础上,分析了转录组学技术自身存在的局限性和现阶段转录组学在家禽研究中面临的问题与挑战,并对未来家禽转录组学研究趋势进行了展望。     

基于转录组测序的牧草分子标记开发研究进展

转录组测序是一种获得生物组织或细胞几乎所有转录本的高通量测序技术,测序所得的基因编码序列可用于研究植物在不同条件下的基因表达、调控方式及后续的功能基因发掘与遗传进化分析。随着分子标记技术的快速发展,转录组测序数据也可作为标记开发的重要来源,为牧草开展种质资源遗传多样性评价、遗传变异分析、居群结构研究和育种提供有效工具。本文综述了基于转录组测序的牧草分子标记如EST-SSR和SNP的开发及应用现状,以期为牧草分子标记开发提供重要参考。     

转录组学技术及其在水貂上的研究进展

近年来,转录组学技术和其在水貂上的研究已经受到了越来越多研究者的关注。在转录组学技术中,主要包含两大技术:杂交技术与测序技术,这两类技术都广泛运用到各种生物体中,其中包括鱼、羊、水貂等。转录组学技术在鱼上的研究广泛且透彻,但在水貂上的研究并不多。文中在已有文献研究的基础上,基于各种动物对转录组学技术的研究进展进行了综述。     

单细胞转录组测序技术原理及其应用

基因转录调控及其机制分析是后基因组时代生物学研究的重点之一。常规研究往往建立在细胞群体或者组织上,一般表现出的是细胞的综合反应,难以判断单个细胞的情况,而在肿瘤、疾病预防等方面都需要对少量或单个细胞进行研究,因此,单细胞研究技术必不可少。常规的基因组扩增技术难以消除内含子的影响,并且无法用来阐述某些类型或某些特殊单个细胞之间基因表达的异质性,而转录组测序从RNA入手,将其反转录为cDNA后再进行大量扩增,可以完美地消除内含子的影响。本文主要就单细胞分离技术、单细胞转录组测序技术、高通量测序技术进行综述,并列举了现阶段的研究进展,分析了该项技术在各个领域的应用以及在家畜育种中的应用前景。     

单细胞测序技术及其在畜牧科学研究中的应用

单细胞测序(Single Cell Sequencing)是对单个细胞进行测序后利用生物信息学等手段进行分析的技术,包括单细胞分离、扩增测序和数据分析3个方面,主要应用于肿瘤、胚胎发育、免疫学等方面。随着单细胞测序技术的迅速发展,单细胞测序技术已成为研究细胞发育中基因组、转录组和表观基因组异质性的重要工具。单细胞测序可以获取单个细胞完整的全基因组,克服了大样本量、细胞异质性等问题,为研究细胞间异质性信息和细胞群体之间关系提供了新的研究策略。本文就单细胞测序方法及其在畜牧科学研究中的应用进行综述,并探讨其应用前景。     

全转录组学在家养动物脂肪沉积中的应用研究进展

全转录组学是基于高通量测序技术的一种RNA功能研究方法，以其系统、精准、直观的技术优势被医药学、水产学、生物学、畜牧学等广大领域应用。本文介绍了全转录组测序技术常用的研究策略和数据分析方法，在此基础上，综述了全转录组技术在我国常见的肉用动物猪、家禽、反刍动物脂肪沉积方面取得的研究进展，进一步分析控制脂肪生成的分子机制，为探究家养动物脂肪代谢提供新见解，并对全转录组学现状提出总结与展望。     

基于转录组测序分析象草木质素合成的研究

采用高通量测序技术Illumlna HiSeq 2000对高木质素的象草品系eg7和低木质素的象草品系eg87(对照)茎组织进行转录组比较测序。测序获得了169630902个序列读取片段(reads),包含13788439920nt碱基信息。对reads进行序列组装,获得87641个单基因簇(unigene),平均长度580nt。从长度分布、GC含量等方面对unigene进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。将获得的unigene与Nr、Nt、Swiss-Prot、COG、GO和KEGG数据库进行序列同源性比较和功能分析,62557个unigene与其他生物的已知基因具有不同程度的同源性,象草与高粱序列同源性最高。共鉴定出33323个差异表达基因,其中上调基因9704个(29.12%),下调基因23619个(70.88%);GO分析显示39968个unigene归为54个功能类别,大量unigene与细胞进程、代谢过程、催化活性等相关;KEGG pathway分析富集得到127条代谢通路,包括光合作用、betalain生物合成、苯丙烷类代谢、苯丙氨酸代谢等,苯丙烷类代谢途径差异基因富集程度高、差异基因数目最多,达285条,该途径中64条木质素单体合成酶基因表达上调,79条ClassⅢ型植物过氧化物酶基因表达下调、22条上调。挑选9个差异基因进行qRT-PCR验证,9个基因的表达趋势与高通量测序结果一致。为象草的分子生物学研究提供了宝贵的基因组数据,对于了解象草茎生物合成与木质素调控基因挖掘和多用途定向育种具有指导意义。     

基于转录组测序生物信息学分析的研究进展

随着DNA双螺旋结构的发现,基因组研究开始进行,中心法则也成为了研究生命科学的核心。这对近年来分子生物学及检测技术的迅猛发展提供了良好的开端,随之而来的是基因测序研究成为了生物学上一个新的热点话题。虽然通过转录组测序可以获得海量基因数据,但是数据的深入探索还需要进一步研究,而这些深入的挖掘,需要生物信息学分析手段,从而建立了多组学,通过对其进行不断完善,使得现代生物科学形成了一个完整的系统。这使得生物基因学的研究可以成为一个逐层的分析,将通过整合分析出的信息数据来描述生命活动。因此,功能基因组的研究已经成为了动植物基因组研究的重要方向,特别是对转录组的研究尤为重要。作者通过对转录组学的时代背景、转录组研究的复杂性、DNA测序技术的发展史以及转录组学研究方法进行归纳,简述了转录组学的发展历程,并对转录组研究内容做了一个简单系统的介绍,为更加深入地了解转录组测序奠定了基础。     

基于高通量测序的海滨雀稗转录组学研究

采用新一代高通量测序技术Illumina HiSeq 2000对海滨雀稗叶片转录组进行测序,结合生物信息学方法开展基因表达谱研究和功能基因预测。通过测序,获得了47520544个序列读取片段(reads),包含了4752054400个碱基序列(bp)信息。对reads进行序列组装,获得81220个单基因簇(unigene),平均长度1077 bp,序列信息达到了87542503 bp。另外从长度分布、GC含量、表达水平等方面对unigene进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。数据库中的序列同源性比较表明,46169个unigene与其他生物的已知基因具有不同程度的同源性。海滨雀稗转录组中的unigene根据GO功能大致可分为细胞组分、分子功能和生物学过程三大类48个分支,其中有大量unigene与代谢进程、结合活性和细胞进程相关。将unigene与COG数据库进行比对,根据其功能大致可分为25类。KEGG 数据库作为参考,依据代谢途径可将unigene定位到112个代谢途径分支,包括苯丙氨酸代谢通路、植物与病原物互作、植物激素生物合成和信号转导、黄酮类化合物合成、萜类骨架生物合成、脂类代谢、RNA降解等。SSR位点查找发现,从81220个unigene中共找到22721个SSR位点。SSR不同重复基序类型中,出现频率最高的为A/T,其次是CCG/CGG和AGC/CTG。本研究首次对海滨雀稗转录组进行了分析,为草坪草的分子生物学研究提供了宝贵的基因组数据来源。     

转录组测序技术在猪繁殖与呼吸综合征病毒研究中的应用

猪繁殖与呼吸综合征病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)能导致母猪繁殖障碍及仔猪呼吸困难等症状,严重威胁全球养猪业的健康发展。目前,PRRSV的致病机制及其与宿主的互作机理并不完全清楚。近年来,随着高通量测序技术的快速发展,转录组测序技术已被广泛应用于PRRSV的研究中,为深入解析PRRSV的致病机理及其与宿主的互作机制提供了一种全新的研究工具。作者从感染应答、蛋白功能、毒株、疫苗、抗病品种5个方面对近年来转录组测序技术在PRRSV研究中的应用进行了综述分析,对其筛选的差异表达基因(DEGs)和通路进行总结,以期为未来PRRSV转录组学研究提供参考。     

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。     

象草全基因组bHLH转录因子家族鉴定及表达分析北大核心CSCD

bHLH转录因子家族不仅参与了植物的生长发育,而且在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面发挥着关键作用。在全基因组水平对重要饲草及能源植物象草的bHLH转录因子家族进行了鉴定及分析,并利用转录组数据及定量RT-PCR分析了象草bHLH转录因子对赤霉素(GA_(3))和多效唑(PAC)的响应。结果显示:在象草中共鉴定出229个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员(CpbHLH001~CpbHLH229),不均匀地分布于14条染色体上;系统进化分析结果表明,229个CpbHLHs可被分为18个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为41个;此外,相同亚家族中的大多数基因具有相似的基因结构和保守基序;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,多数bHLH基因在象草茎尖组织中均对GA_(3)和PAC有响应。随机挑选9个表达量较高的基因进一步通过qPCR进行验证。结果显示,经外源GA_(3)和PAC处理之后,这9个基因因不同处理而差异表达,表明这9个基因可能与GA_(3)和PAC介导的信号通路有关。综上所述,本研究为象草bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas9系统编辑日本结缕草ZjSGR基因技术研究

日本结缕草(Zoysia japonica)是一种常见的具有众多优良性状的暖季型草种,秋冬季节在我国北方地区会较早出现叶片脱绿现象,在一定程度上限制了日本结缕草在北方的大面积使用。ZjSGR是从结缕草中分离出来的一种衰老诱导基因,负调控叶片滞绿性状。本研究利用CRISPR/Cas9系统,通过基因枪介导的遗传转化方法实现对日本结缕草ZjSGR基因的编辑,经测序验证获得1株单碱基缺失突变植株。突变植株叶片深绿,在正常生长温度(28~30℃)条件下,和对照相比,叶绿素含量更高(P<0.05)。本研究为进一步阐述ZjSGR基因在日本结缕草滞绿性状调控中的作用机理提供了基础研究材料,也为培育日本结缕草滞绿品种育种工作奠定了基础。     

新的禾本科模式植物——二穗短柄草

水稻（Oryza sativa）是禾本科中目前唯一已完成基因组测序的模式植物,但由于它很早从冷季型禾本科中进化分离出来,故其作为禾本科其他亚科的模式植物有一定局限性,因此,需要一种新的、更适合的模式植物。二穗短柄草（Brachypodium distachyon）是一种温带禾草,归属禾本科早熟禾亚科短柄草族短柄草属,具有基因组小、株型小、自花授粉、一年生、生命周期短、有二倍体和一系列多倍体、易培植、易转化等诸多优点,尤其是与很多重要的谷类作物如小麦、大麦、燕麦、玉米、水稻、高梁等以及许多牧草与草坪草有较近的亲缘关系,因而是温带禾本科植物功能基因纽学以及生物能源作物（如柳枝稷）研究的理想模式植物,作者例举二穗短柄草之所以成为新模式植物系统的依据,并介绍其在遗传进化、基因组特点、功能基因组及形态特征等方面的研究进展。     

蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)叶片衰老的转录组分析

为探究蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）叶片衰老过程中相关基因的分子机制及代谢通路,本研究以其成熟叶片和衰老初期、中期、末期叶片为研究对象。通过转录组测序,比较4个发育阶段样品之间的转录组差异。结果表明,与成熟叶片相比,共筛选出2 990个差异表达基因（DEGs）,在所有衰老样本中表达水平均发生显著变化,其中有2 684条（89.77%）可进行基因功能注释;同时利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）结果证实了转录组测序的可靠性。进一步分析发现,DEGs涉及高等植物转录因子33个家族,包括ERF、WRKY、bHLH、MYB、NAC和bZIP。此外,还发现了837个与叶片衰老相关的基因。本研究发现了蒺藜苜蓿叶片衰老过程中大量差异表达的基因,为进一步分析蒺藜苜蓿叶片发育和衰老的调控机制提供参考。     

基于RNA-Seq技术的京海黄鸡卵巢组织转录本预测及新基因挖掘

鸡及许多物种的全基因组测序及相关基因图谱都已宣告完成,但由于注释方法的局限性,还存在许多遗漏的新基因及对现有基因的误差注释。RNA-Seq技术是基于第2代测序技术的转录组学研究方法,该研究利用高通量测序技术对8只（高产组4只、低产组4只）300日龄体重一致、饲养条件相同、产蛋数存在差异的京海黄鸡的卵巢组织所有RNA反转录而成的cDNA文库进行测序,通过分析RNA-Seq获得的京海黄鸡卵巢组织转录组数据,共发现4 431个新转录本,并将所有新转录本与GO、NR、Swiss-Prot、KEGG数据库进行比对和分析,发现了很多潜在的新基因并进行功能注释,为鸡基因组的进一步完善及功能基因的挖掘提供了数据基础。