多倍体在植物进化中的意义

几乎所有的开花作物都为多倍体植物,其基因组至少经历1次以上的全基因组加倍事件.随着测序技术的不断革新,人们对作物的基因组以及基因组的演化历史有了全新认识.分析了全基因组加倍在物种进化中的意义:多倍化改变基因组结构,丰富物种的遗传多样性,改变重复基因表达模式,增强物种的适应性,并展望多倍化在作物遗传育种中的应用.     

中外科学家携手破译油菜多倍体基因组

日前,由国际油菜测序联盟牵头首次完成了甘蓝型油菜的基因组测序工作,这是国际上首次对传统的多倍体作物复杂的基因组进行的完整测序和组装,并完成了其与亲本种的系统比较和进化分析。中国农业科学院油料作物研究所是此项工作的主要参与力量。该突破性研究成果于8月22日发表在国际顶级期刊《科学（Science）》上。     

生物的进化趋势与不对称进化研究

生物进化通常呈现出从简单到复杂的进化趋势,即在地球上越晚出现的生物其结构越复杂。该研究揭示了由于生物在从同一个进化平台上演化生成的生物中,结构趋向复杂的部分所占比例远远大于结构趋向简单的部分所占比例,即不对称进化,从而导致了生物界从简单到复杂的进化趋势;还解释了不对称进化形成的原因,并列举了有关生物不对称进化的许多重要证据。     

葫芦科作物基因组学研究进展

葫芦科拥有许多常见的蔬菜和瓜果,在农业生产和人民生活中占有举足轻重的地位。高质量参考基因组是重要农艺性状相关基因挖掘、种质资源精准鉴评及分子设计育种体系建立及应用的重要前提。随着测序技术的快速发展,陆续建立了Sanger、Roche 454、Illumina、PacBio等测序平台,测序成本不断降低,不同物种的基因组测序工作陆续完成。黄瓜是葫芦科作物研究的模式作物,是第一个完成基因组测序的蔬菜作物。随后,包括西瓜、甜瓜、南瓜和冬瓜等在内的葫芦科作物逐步完成了全基因组测序,显著提升了葫芦科作物的基因组学、系统进化和分子生物学研究水平。本文综述了葫芦科主要作物在全基因组测序方面取得的一系列重要进展,全基因组测序工作在葫芦科作物起源与进化、重要农艺性状相关基因挖掘等方面的实际应用情况,并对葫芦科作物端粒到端粒（T2T）基因组和泛基因组的构建进行了展望。     

生物的进化趋势与不对称进化研究(英文)

生物进化通常呈现出从简单到复杂的进化趋势,即在地球上越晚出现的生物其结构越复杂。该研究揭示了由于生物在从同一个进化平台上演化生成的生物中,结构趋向复杂的部分所占比例远远大于结构趋向简单的部分所占比例,即不对称进化,从而导致了生物界从简单到复杂的进化趋势;还解释了不对称进化形成的原因,并列举了有关生物不对称进化的许多重要证据。     

沙田柚多倍体的获得与基因组原位杂交（GISH）分析

【目的】沙田柚是中国特有的柚类名优品种,但种子多,一般100粒左右。为创新三倍体无核品种积累育种材料,本研究通过实生筛选获得不同倍性沙田柚新种质,同时运用基因组原位杂交（GISH）技术分析天然与人工四倍体新种质的染色体组组成。【方法】随机采集沙田柚自然授粉果实,萌发种子检测其染色体数目获得倍性变异植株;以2x母株gDNA为探针,同获得的4x植株中期染色体杂交进行GISH分析。【结果】从6 000粒沙田柚种子中共获得三倍体5株,四倍体9株;对沙田柚天然与人工四倍体新种质的基因组原位杂交（GISH）分析表明,天然四倍体中有7株为异源四倍体,2株为同源四倍体,秋水仙碱诱导获得的人工四倍体4株均为同源四倍体;初步观察显示;与二倍体相比,四倍体植株生长缓慢,树冠较小,枝短而密生,叶片浓绿,宽度变宽,叶形指数减小,叶片厚度增加明显。【结论】多倍体单胚柚新种质的获得为进一步选育无核品种奠定了基础,同时GISH分析证实了沙田柚雌性未减数配子的存在。     

2株狂犬病街毒株全基因组测序及分子进化研究

利用RT-PCR方法,对梅花鹿源(DRV)和鼠源(MRV)2个狂犬病毒街毒株进行全基因组测序,获得2个毒株全基因组序列(GenBank登录号分别为DQ875051和DQ875050).DRV和MRV毒株全基因组分别与具有代表性的毒株全基因组进行N、P、M、G、L基因的核苷酸和氨基酸同源性比较.不同毒株的全基因组构建的分子系统进化树表明,DRV和MRV分属2个进化支.DRV与Ni-CE、RC-HL和SRV9的亲缘关系最近;MRV与HEP-Flury的亲缘关系最近,并与HHV-RAB-H街毒株同属一个进化支.     

白菜类作物基因组学研究取得突破

在中国农业科学院蔬菜花卉研究所和油料作物研究所、深圳华大基因研究院主导下,由中国、英国、韩国、加拿大、美国、法国、澳大利亚等国家组成的"白菜基因组测序国际协作组"共同完成了白菜全基因组研究论文,并于8月29日在国际权威学术期刊《自然—遗传学(Nature Genetics)》上发表。这是继黄瓜基因组测序和马铃薯基因组测序项目后,由中国主导,通过国际合作完成的蔬菜领域基因组研究的又一重大成果,标志着我国以白菜类作物为代表的芸薹属作物基因组学研究取得了国际领先地位。     

葡萄基因组测序完成

法国Genoscope国家基因测序中心的遗传学家Patrick Wincker领导的法国和意大利组成的科学家团队，完整分析了制造勃艮第和香槟酒的主要原料——黑比诺葡萄的基因序列。这项最新研究捍卫了法国作为“葡萄酒之都”的荣誉，葡萄也由此成为人类完成基因测序的第一种水果作物和第四种开花植物（其他3种分别是小麦、拟南芥和白杨木），这有望加深科学家对开花植物进化过程的理解。     

鳌肢动物Wnt基因家族的全基因组与进化分析

Wnt蛋白是由Wnt基因家族编码的一类富含半胱氨酸的分泌性蛋白,在多种生物过程中扮演了至关重要的角色,如胚胎发育过程中细胞形态的分化,组织的再生,体细胞稳态维持以及免疫应答的调节。基于其功能的多样性和重要性,Wnt基因家族在多种后生动物中已经被广泛研究。但是,在节肢动物门中的螯肢动物中,仍然缺乏关于Wnt基因及蛋白的系统研究。在本研究中,从8种已有基因组或转录组资源的螯肢动物对Wnt基因家族进行了生物信息学鉴定和分析,共鉴定出87个Wnt基因家族成员。对Wnt蛋白序列结构的分析结果显示螯肢动物的Wnt蛋白包含高度保守的Wnt结构域、信号肽、跨膜区域或低复杂度区域;对Wnt基因在基因组上的位置分析表明螯肢动物的Wnt基因在基因组上的分布情况主要有两种模式,包括Wnt9-Wnt6-Wnt1基因簇和Wn5-Wnt7基因簇,此外还有一些在基因的方向和数量上有差异的物种特异性的分布;系统发育树的构建结果显示螯肢动物中的Wnt5,Wnt7和Wnt11亚家族有扩增现象,而Wnt3和Wnt10亚家族发生了丢失。本研究作为螯肢动物中第一个Wnt基因家族的全基因组研究,有望丰富螯肢动物基因组学的研究内容,为Wnt基因家族在节肢动物乃至后生动物中的和进化和功能的进一步研究提供有力的基础。     

我国科学家获得普通野生稻全基因组框架图

<正>据人民网报道,中科院昆明植物研究所研究员高立志带领的植物种质资源、基因组学与生物信息学团队,运用新一代高通量测序技术以及高性能超算的生物信息学分析,对野生稻全基因组测序取得了阶段性重大成果。近日,他们已完成普通野生稻基因组高覆盖的序列测定、拼接和组装工作,获得了普通野生稻全     

白菜类作物开花时间的全基因组关联分析

【目的】解析白菜类作物开花时间的调控位点,定位白菜类作物开花时间相关的候选基因,为白菜类作物抽薹开花时间的遗传改良提供依据。【方法】以116份白菜类作物组成的自然群体作为研究材料,分别种植在温室与露地2个独立的环境中,进行开花时间调查。同时,提取试验材料的DNA样品进行深度为1.2x的重测序,对测序数据用Pooled Mapping法进行过滤、与参考基因组比对,获得全基因组高密度SNP集合。经过条件过滤后,对高质量的SNP集合进行生物信息分析,包括试验材料的群体结构分析和全基因组连锁不平衡分析。从高质量的SNP集合中,随机挑选出2 000个变异位点,用Phy ML软件以最大似然法对116份试验材料进行系统发育树分析。用全部的高质量SNP集合位点通过软件Haploview进行全基因组连锁不平衡分析。最后,将高质量的SNP集合与开花时间数据结合,通过TASSEL和GAPIT软件包以及R程序语言进行全基因组关联分析。根据强关联峰值信号点位置和连锁不平衡区间定位开花时间候选位点,再通过白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析来预测白菜类作物开花时间相关的候选基因。【结果】不同种植条件下、不同类型的白菜类作物在开花时间上存在广泛差异。试验材料在露地环境下的开花时间高峰期明显早于温室环境下的材料;试验材料在露地环境下的开花时间总体表现出偏正态分布,而在温室环境下,开花时间各个阶段呈现出较为均衡的分布。温室与露地环境下的开花时间呈显著正相关。通过生物信息学分析最终得到的高质量SNP位点共103万个。试验材料的群体结构分析表明在系统发育树上各亚群内部分布较为集中,不同亚群之间的分布与材料的地理起源密切相关。全基因组衰减平均LD为2.3 kb,表明在116份白菜类作物构建的群体内存在较为频繁的重组和突变。对不同条件下的开花时间进行全基因组关联分析,用复合模型检测到54个(P4)强关联峰值信号点,一般模型检测到87个(P5)。通过进一步分析强关联信号点的连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)区段,得到存在强连锁关系(r20.33)的峰值信号点共33个(温室环境下27个,露地环境下19个)。其中,在温室与露地环境下的共定位位点13个。根据33个关联候选位点,再通过白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析筛选出白菜类作物开花时间相关的候选基因14个,其中温室与露地环境下共定位候选基因3个(FUL、PHYB和FPF1)。在露地条件下定位到开花关键基因FT1。【结论】不同条件下开花时间的相关性分析表明,遗传效应在开花早晚中起着决定性作用。全基因组关联分析共鉴定出33个与开花时间相关的显著关联信号。通过连锁不平衡分析、白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析初步鉴定出14个白菜类作物开花时间相关的候选基因。     

高粱耐冷基因全基因组鉴定及进化分析

利用公布的高粱全基因组数据,以及BLAST、Pfam、MEGA6.0等生物信息学软件对高粱相关耐冷基因数量、系统进化树进行分析。结果表明,在高粱全基因组中共有AP2家族基因203个、ICE1基因252个、EIN3基因15个、SNAC2基因133个、AMP1基因3个、COLD1基因3个、qLTG3-1基因53个、ctb1基因90个。通过进化树分析,高粱中XP002457016.1、XP021-317625.1; XP002463411.2、 XP002467935.1、 XP021317527.1; XP002447111.1、 XP021-315473.1、XP002447110.1、XP021318475.1、XP021318476.1;XP002449576.1、XP0024 59022.1;XP002466328.1;XP021317902.1;XP002446618.1、XP002452340.1和XP02 1314112.1基因与模式作物中AP2基因家族、AtEIN3、Osctb1、OsqLTG3-1、AtAMP1、OsCOLD1、OsSNAC2亲缘关系最近,主要分布在高粱1...     

比目鱼类的眼睛移位和不对称的进化起源

比目鱼类外形不对称产生的机制引起人们兴趣已逾一个多世纪。从比目鱼类(鲽形目)的类群和分布、变态过程中眼睛移位机械力的来源、甲状腺激素调控眼睛移位的信号通路、比目鱼类外形左右不对称与内脏左右不对称两者调控机制之间的关系以及比目鱼类眼睛左右不对称的进化起源等5个方面,系统地介绍了比目鱼类变态发育过程中眼睛移位的研究历史。重点介绍了本实验室提出的关于眼睛移位的组织学模型,以及眼睛移位信号调控途径的最新研究进展。发现并证明眶下皮肤组织细胞分裂导致眼睛移动,而眼睛移动进一步导致额骨变形,纠正了以往假说的谬误。最后,对比目鱼类眼睛移位和不对称进化起源进行了探讨,提出了解释比目鱼类不对称进化起源的新假说。     

杨梅全基因组的GATA转录因子鉴定、功能及进化分析

对杨梅GATA转录因子进行全基因组鉴定,并预测其理化特性、染色体定位、基因结构、蛋白保守序列等基本特征.结果表明,26个GATA转录因子随机分布在8条染色体上,共分为4个亚家族,并且各亚家族的成员在保守基序、结构域及基因结构上均存在一定的差异性.物种共线性结果表明,基因复制和片段性的重复事件可能是部分MrGATA演变的主要驱动力,MrGATA在不同组织和发育时期的表达数据说明各亚家族之间也存在功能上的差异.根据顺式作用元件及表达模式推测了GATA转录因子家族成员的功能.这些数据为探究杨梅MrGATA功能以及分子育种提供了依据.     

我国科学家完成花生全基因组测序

最近,由我国科学家牵头组织的花生二倍体野生种全基因组测序在河南省郑州市宣布完成,这在全球尚属首次,标志着我国花生育种走在了世界的前列。     

我国科学家绘制出毛白杨基因组序列框架图

近日,我国林木基因组学研究取得突破。北京林业大学的科学家们选用百年古树作为测序的样本,利用最新的全基因组鸟枪法测序和拼接策略,绘制完成了毛白杨的基因组序列图谱,标志着毛白杨分子育种进入基因组时代。     

黄藤Dof家族的全基因组鉴定及系统进化分析

为了揭示黄藤全基因组中Dof基因家族的生物学功能,利用生物信息学手段,对黄藤Dof基因家族进行了全基因组鉴定,并系统分析了黄藤与其他9个物种Dof基因家族分子进化关系。结果表明：黄藤基因组中含有25个Dof基因,亚细胞定位预测发现它们均位于细胞核,跨膜结构预测到黄藤所有的Dof蛋白成员均不具有跨膜结构;黄藤的Dof蛋白家族均为不稳定亲水蛋白,其二级结构由α−螺旋、无规则卷曲为主导,其三级结构主要由α−螺旋和β−转角进行复杂的空间构象变化组成;黄藤Dof蛋白成员的氨基酸个数为184到586 AA,pI范围为4.71～9.57;根据系统进化分析,黄藤Dof基因家族分为ClassⅠ −ClassⅣ共4个亚组, 其中ClassⅡ成员最多（8个）,约占总数的32%;其次是ClassⅣ（7个）、ClassⅠ（5个）和ClassⅢ（5个）;从组别上来看,ClassⅡ成员分化速度是最快的,与原始祖先的亲缘关系最远。从组中来看,ClassⅡ中成员DjDof9和DjDof10分化最快,与原始祖先的亲缘关系最远,DjDof12和DjDof24分化较慢,与原始祖先的亲缘关系相对较近;黄藤与拟南芥的进化关系表明两者亲缘关系不是很近;黄藤与其他9个物种的Dof 基因的系统进化分析表明黄藤与甘蓝型油菜和小麦有较近的亲缘关系,序列同源性也较高,与可可亲缘关系最远。     

辣椒疫霉拮抗菌Y4-39全基因组测序与分析

【目的】解析辣椒疫霉拮抗菌Y4-39的全基因组序列信息,阐明其防病促生机制,为其开发和应用提供理论依据。【方法】采用三代牛津纳米孔测序（ONT）和二代测序平台（BGISEQ）相结合的方法,对从黑水虻肠道分离获得的对辣椒疫霉具有较强抑制活性的贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis） Y4-39进行全基因组测序、组装、基因预测和功能注释,并进行比较基因组学分析,从全基因组水平挖掘菌株Y4-39的次生代谢产物合成基因簇。【结果】菌株Y4-39全基因组大小为3891759 bp,GC含量46.67%,编码3713个蛋白基因,27个rRNA和86个tRNA基因,不含质粒。基于全基因组序列构建的B.velezensis系统发育进化树可分为5个亚群,亚群间的平均核苷酸一致率（ANI）大于97%,亚群内各菌株之间ANI大于98%。预测得到12个潜在的次生代谢产物合成基因簇,包括表面活性素、大环内酰亚胺H、bacillaene、芬枯草菌素、地非西丁、杆菌素和杆菌溶素等抑菌活性物质,同时还存在5个产物未知的次生代谢产物合成基因簇。【结论】贝莱斯芽孢杆菌种内存在一定程度的分化。菌株Y4-39基因组含有多个次生代谢产物合成基因簇,具有合成多种抑菌活性物质的能力,具有较好的应用前景。