纳米孔测序技术在疾病检测中的研究进展

近几年兴起的纳米孔测序技术(nanopore sequencing)为新一代测序技术,又称第三代测序技术,已开始应用于细菌、病毒、抗生素耐药及动物疫病等多个领域的检测。虽然在实际应用中仍存在一些瓶颈,包括测序精度不高、样品制备过程需要优化等,但该技术在疾病检测方面存在明显优势,包括可直接检测碱基修饰,超长读长、高分辨率和实时测序以及强大的生物信息学支持。未来,随着准确性的提高和性能的不断改进,加之在成本、测序时间和生物信息学分析方面的明显优势,纳米孔测序技术有望在临床实验室成为疾病检测的重要选择。本文通过综述该技术的原理、应用及在疾病检测中的优势,以期为纳米孔测序技术的进一步应用研究提供支持。     

鸡脚重性状的全基因组关联分析

鸡(Gallus gallus)脚重性状为鸡产业中的重要经济性状.为了揭示鸡脚重性状的遗传基础,寻找可用于鸡脚改良的分子标记,本研究以核心群京海黄鸡为实验动物,测定其脚重,利用简化基因组测序技术在整个基因组范围内检测与脚重相关的SNPs.共检测到16个与脚重相关的SNPs位点,其中13个集中分布在4号染色体上72.8～77.9 Mb区域;2个SNP位点rs475641139和rs475548810达到5％ Bonferroni全基因组显著水平(P＜5.5E-07),其余位点达到全基因组潜在显著水平(P＜1.1E-05).筛选每个SNP周围1 Mb区域内的基因,共找到9个可能的候选基因,并使用基因本体论(Gene Ontology,GO)数据库对9个候选基因的细胞组分、分子功能和参与的生物学进程进行了分析.结果表明二氢蝶啶还原酶(dihydropteridine deductase,QDPR)基因、LIM域结合蛋白2(LIM domain-binding protein 2,LDB2)基因、类184B家族(family with sequence similarity 184 memberB,FAM184B)基因、复合信号免疫球蛋白J结合蛋白(recombination signal binding protein for immunoglobulin kappa J region,RBPJ)基因、纤维母细胞生长因子结合蛋白2(fibroblast growth factor-binding protein 2,FGFBP2)基因、富亮氨酸重复蛋白5(F-box and leucine-rich repeat protein 5,FBXL5)基因、胆囊收缩素受体A(cholecystokinin receptor type A,CCK1R)基因、肌动蛋白互作蛋白1 (WD repeat containing protein 1,WDR1)基因和类桶状蛋白4(tubby like protein 4,TULP4)9个基因和4号染色体72.8～77.9 Mb区域可能为影响鸡脚重性状的重要候选基因和潜在功能区域.本研究为鸡脚重性状的标记辅助选择提供了理论依据.     

中华蜜蜂酚氧化酶和丝氨酸蛋白酶相关基因 及其全长转录本发掘与分析

为深入开展中华蜜蜂相关研究提供参考信息和基础,利用已获得的纳米孔(Nanopore)测序数据对中华蜜蜂Apis cerana cerana的酚氧化酶(phenoloxidase, PO)和丝氨酸蛋白酶(serine protease, SP)相关基因和全长转录本进行发掘和分析。通过Blast工具将中华蜜蜂所有全长转录本比对KEGG和Nr数据库以筛选出PO和SP相关基因和全长转录本。采用gffcompare软件将PO和SP相关全长转录本与东方蜜蜂参考基因组(ACSNU-2. 0)已注释基因进行比较以优化结构。使用Astalavista软件鉴定PO和SP相关基因的可变剪接(alternative splicing, AS)事件,再利用IGV浏览器进行结构可视化。通过PCR验证AS事件的真实性。利用TAPIS pipeline预测和分析可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)位点,并通过TBtool软件鉴定APA位点上游的基序(motif)。鉴定到中华蜜蜂PO和SP相关的42个基因与146条转录本。优化了16个参考基因组已注释PO和SP相关基因的结构,其中5′端延长和3′端延长的基因均有7个,5′端和3′端同时延长的基因有2个。鉴定到PO和SP相关的10个基因的389次AS事件,其中最丰富的AS类型是5′端可变剪接。PCR结果证实了2次AS事件的真实性。共鉴定到34个PO和SP相关基因含有1个及以上的APA位点,其中含有3个APA位点的基因数量最多;在APA位点上游鉴定到多个motif,一致性序列为：GGHKSYWSHHTRATWTCNBHDMRRYWYRTNYTVACNGCKGCDCAYTGYR。鉴定到中华蜜蜂PO和SP相关的42个基因和146条全长转录本,优化了东方蜜蜂参考基因组已注释的PO和SP相关基因结构,并发掘出PO和SP相关基因的389次AS事件和237个APA位点。     

貉源犬瘟热病毒CDV-ZC株分离鉴定、全基因测序与分析

应用非洲绿猴肾细胞(Vero)从山东省诸城市疑似犬瘟热(canine distemper,CD)感染貉的肝脏、脾脏、肺脏等组织病料的研磨上清液中分离出1株病毒。分离株经Vero细胞传至第4代出现典型的细胞病变效应(CPE),经毒力测定、血清学、RT-PCR检测及测序、回归动物试验证明为犬瘟热病毒(Canine distemper virus,CDV),命名为CDV诸城分离株(CDV-ZC)。采用RT-PCR方法分段克隆分离株的全基因序列并测序,测序成功的各序列依次拼接得到全基因序列并进行序列比对。结果表明,CDV-ZC株全基因(KJ994343)与标准美洲型犬瘟热强毒株A75/17核苷酸同源性高达96.5%,而与疫苗株Onderstepoort、CDV3等亲缘关系较远,同源性为91.6%~92.0%。血凝素(H)基因序列分析表明,CDV-ZC株与国内野毒株LN(13)2、GP株等以及日本野毒株UENO、HAMA等共同归属于Asia-1型,在H蛋白信号淋巴细胞激活因子(SLAM)受体结合区即542~544位增加了1个潜在N-连接糖基化位点(N-X-S/T)。致病性强毒株CDV-ZC的成功分离及全基因序列测定加深了我们对当前中国CDV流行株遗传变异情况的了解,为CD的有效预防、诊断及控制提供理论依据。     

6 个不同品种荔枝果肉内生细菌群落多样性的高通量测序分析

【目的】内生菌在植物生长发育中发挥重要作用,分析不同品种荔枝果肉内生细菌群落结构及多样性,挖掘和利用潜在荔枝内生菌种资源,为进一步研究荔枝与内生菌互作关系提供参考依据。【方法】以 6 个不同品种荔枝的果肉组织为材料,PCR 扩增 16S rDNA 的 V3~V4 区,利用 MiSeq 高通量测序技术分析果肉组织内生细菌在门、科、属和种分类水平上的群落组成及优势菌群,结合 Alpha 多样性分析评估内生细菌群落多样性。【结果】对 6 个品种荔枝果肉内生细菌 16S rDNA 的 V3~V4 区进行扩增,共获得 2 139 086 条序列,其平均长度为 376 bp。不同品种荔枝果肉内生细菌群落在相对丰度和多样性上无显著差异。在门分类水平,变形菌门为主要优势细菌门类,其次为放线菌门。在科、属和种分类水平上,不同品种荔枝内生菌群落结构相似,但相对丰度占比不同。差异菌群分析结果显示,假单胞菌属（Pseudomonas）、果胶杆菌属（Pectobacterium）、苍白杆菌属（Ochrobactrum）和迪基氏菌属（Dickeya) 在优良品种‘鹅蛋荔’‘糯米糍’和‘观音绿’中显著富集,根瘤菌属（Bradyrhizobium）和变形菌属（Snodgrassella）只在‘鹅蛋荔’中富集。根据菌群相对丰度进行聚类分析,‘观音绿’‘糯米糍’和‘鹅蛋荔’的相似性更高。Alpha 多样性分析结果表明,6 种荔枝果肉内生菌群仅在丰度和多样性上存在差异,但未达到显著水平。【结论】该研究首次分析了 6 个不同品种荔枝果肉内生细菌的群落结构,并在优良荔枝品种中发现特有的微 生物类群富集现象,可为后续提升荔枝品质、开发利用内生菌提供理论依据和重要参考。     

利用配对RNA-seq数据筛选显著差异背膘厚度松辽黑猪背最长肌差异表达基因

本研究旨在利用转录组测序技术鉴定松辽黑猪背最长肌组织中的差异表达基因（DEGs）,找出与猪脂肪沉积相关的潜在候选基因。通过对松辽黑猪进行活体背膘厚测定,选择具有极端背膘厚的3对个体（高、低各3头）为研究对象。取背最长肌组织提取RNA,并对其进行双末端转录组测序,然后,基于edgeR包的配对方法筛选差异基因,并进行生物学功能富集分析。结果鉴定出590个差异表达基因,其中,188个基因在高背膘厚组猪背最长肌组织中高表达,402个基因在低背膘厚组猪背最长肌组织中高表达。通过生物学功能分析发现,有42条显著富集通路,鉴定出的与脂肪沉积相关的通路有脂肪酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成以及PPAR信号通路等,筛选出FABP3、FADS1、FADS2、OLR1、ACSL1、LIPA和PLIN2为脂肪沉积性状的候选基因。该研究结果为进一步探究松辽黑猪肌内脂肪分子调控机制提供了参考。     

永登七山羊全基因组选择信号检测分析

旨在检测永登七山羊群体基因组选择信号,挖掘永登七山羊有价值的种质特性基因。本研究以4个绵羊群体(永登七山羊、岷县黑裘皮羊、兰州大尾羊和滩羊)共40个个体为研究对象,利用简化基因组测序(specific-locus amplified fragment sequencing, SLAF-seq)技术检测全基因组范围内的单核苷酸多态性位点(SNPs)。基于SNPs数据集,通过elgensoft软件进行主成分分析;运用Treemix软件分析基因流事件;利用群体遗传分化指数(Fst)和核苷酸多样性比值(πratio)进行全基因组选择性清除分析,取top 5%Fst和πratio的交集以确定基因组受选择区域,并对候选基因进行GO和KEGG富集分析。结果共得到1 658 596个群体SNPs;主成分分析(PCA)发现永登七山羊能够独立分群,基因流表明永登七山羊和兰州大尾羊存在较弱的基因交流。以永登七山羊为试验群体,岷县黑裘皮羊、兰州大尾羊和滩羊为参考群体进行选择清除分析,3个比较组的受选择区域分别检测出424、294、301个候选基因;GO和KEGG分析结果表明,候选基因分别显著富集在65、79、...     

从罗氏沼虾肝胰腺转录组角度阐述罗氏沼虾对动植物蛋白利用的差异

为了探究罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）对动植物蛋白利用的差异,从肝胰腺转录组角度出发,采用IlluminaHiSeqTM4000高通量测序平台对罗氏沼虾肝胰腺组织进行转录组测序。然后将所测序列经质控,组装后对比到GOKEGG等数据库中进行注释（梁华芳等,2013）,并对其进行差异基因等的聚类分析。试验将健康的初始均重为0.448g的罗氏沼虾分为两组,分别以鱼粉为动物蛋白源（FP组）,豆粕、玉米蛋白粉和谷朊粉为植物蛋白源（PP组）进行饲喂,每组3个重复,养殖周期为8周。结果显示,两组样本6个样品共产生160783350个Cleanreads,分别对两组样本6个样品进行两两比较,一共检测到518个差异表达基因,其中显著上调基因有460个,显著下调基因有58个,GO功能分析表明,差异表达的基因对比到GO数据库共37098个GOterm,这些term分别对应细胞组分,分子功能以及生物过程等三大类59个分支,差异基因主要涉及到糖类转运、氨基酸合成、酶活性细胞膜组成等。通过KEGG富集分析结果表明,两组样本之间的差异表达基因主要富集在139条通路上,主要涉及代谢、遗...     

单细胞转录组测序技术及其在肌内脂肪细胞研究中的应用

单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术在单细胞水平对转录组进行测序,可从表达量、细胞量及细胞组成等多种角度描述样本,主要包括单细胞分离、mRNA反转录、文库构建、转录组测序和数据分析等步骤。单细胞分离是scRNA-seq技术操作的第一步,常用的细胞分离方法有连续稀释法、显微操作法、荧光激活流式细胞术、激光捕获显微切割术和微流控技术。基于不同细胞捕获、cDNA扩增和文库构建开发了许多scRNA-seq方法,如CEL-seq2、Drop-seq、MARS-seq、SCRB-seq、Smart-seq、Smart-seq2等。与传统测序方法相比,scRNA-seq可识别单个细胞的基因表达信息、记录细胞的空间位置、跟踪不同细胞谱系在分化过程中的轨迹,这为研究难以大量提取的肌内脂肪细胞分子特异性和发生分化过程带来极大便利。作者简要介绍了scRNA-seq技术的关键步骤,比较分析了单细胞分离和转录组测序方法的优缺点,综述了肌内脂肪细胞的起源以及scRNA-seq在肌内脂肪细胞的亚群和标记基因鉴定以及细胞分化轨迹追踪中的应用,以期为肌内脂肪细胞的深入研究提供参考依据。     

施马伦贝格病毒病焦磷酸测序检测方法的建立

拟建立施马伦贝格病毒(SBV)S基因焦磷酸测序检测方法,用于施马伦贝格病毒病的快速检测和确诊。通过对公开发表的SBVS基因序列与布尼病毒科其他11种病毒S基因进行比对,找出不同病毒变异区域集中且变异区域两侧保守的序列片段,基因合成,体外转录,作为基因扩增模板。在特异性变异序列两端的保守区域设计扩增引物,进行RT-PCR扩增。在保守区域设计双向测序引物,对RT-PCR产物进行双向焦磷酸测序。通过比对测序结果,确定是否为SBV核酸序列;优化条件,确定检测方法的敏感性、特异性和重复性,建立SBVS基因焦磷酸测序检测方法。结果:建立的施马伦贝格病毒病焦磷酸测序检测方法扩增基因片段长度为166bp;敏感性为可检测到104个拷贝;每一条测序引物可准确测出50bp左右核酸序列,双向测序可准确测出100bp左右核酸序列,具有较好特异性,完全满足施马伦贝格病毒病确诊要求;重复测序3次,均能准确测出100bp左右核酸序列。本研究建立的施马伦贝格病毒病焦磷酸测序检测方法,可用于施马伦贝格病毒病的检测和确诊,整个检测过程可在1d内完成,大大缩短了确诊时间。