人类基因组测序在疾病预防和治疗中的应用(英文)

由于在 DNA 测序技术上的重大突破,基因组测序已经成为了医疗中重要的工具。1000 基因组项目和 ENCODE 项目对于基因组中变异和功能提供了全面的注释,这对于测序技术在医疗中的应用将会有巨大的助益。如今测序技术在检测造成罕见孟德尔遗传疾病的突变上取得了巨大的成功。此外,对于癌症基因组的测序能够全面地检测基因组中的各种变异,这为癌症带来了更加准确的分类和更加靶定的治疗方案。相对而言,基因组测序在常见疾病和病毒细菌治疗上的应用还十分有限,但其前景仍非常光明。更加重要的是,了解基因组的信息不仅可以帮助疾病治疗,还能够在疾病预防中发挥巨大的作用(比如,婴儿基因遗传病的提前检查预测)。整个社会仍然需要解决诸如高成本,测序数据处理中对大量计算处理的高硬件需求和不成熟的交流渠道来真正的使测序技术完全在临床医疗中发挥出其作用。但是,这些问题都极可能在不远的将来由新的测序技术,云计算和更好的教育一一解决。本综述着重于介绍了最近几年基因组测序在疾病治疗和预防方面的新应用和新成果。     

全基因组测序方法用于突变研究

美国斯托瓦斯医学研究所研发了一种“全基因组测序法”定位果蝇突变基因的方法。这项新的技术方法能大幅度减少寻找果蝇的突变基因所花费的时间和精力。     

野生型工业酿酒酵母Miseq测序方法的建立

新一代测序方法在基因组学研究应用日趋广泛,已经成为工业酿酒酵母菌株基因组学研究的重要技术平台,但对工业酿酒酵母新一代测序技术方法缺乏详细报道。Miseq是小型新一代基因组测序仪,本文报道我们自建的野生型工业酿酒酵母基因组Miseq测序方法。该方法包括：制备分离a型和α型交配型的单倍体菌株、采用电泳和分光光度法方法监控基因组文库建立、优化上机文库浓度后测序。其中电泳和分光光度法方法为首创的文库质量监控简易方法,质控检测得到酿酒酵母工业菌株测序条件为：菌株的基因组文库DNA片段大小为250-850bp且主要集中在350-550bp,文库浓度范围为7-13ng/μL;上机测序文库的优化浓度为20pM。     

基因组序列界定标准的建立

1996年,来自世界基因组测序中心的主要研究人员在美国加州沃尔纳特克里克百慕达群岛的会议中将一个完整的基因组序列界定为:一个错误率为一万个碱基中只有一个或者少于一个错误的没有间隙的序列。这有效地设定了人类基因组序列的质量标准,并很快用于其它基因组测序中。如果一个基因组序列并没有满足这一严格的标准,它只会被认为是"草图"。     

全基因组测序(WGS)在畜禽群体进化和功能基因挖掘中的应用

全基因组测序(whole genome sequencing,WGS)是指通过高通量测序技术对物种个体或群体的基因组进行测序,并通过生物信息学技术对序列特征进行分析,以在全基因组水平探究物种的进化规律和筛选功能基因,主要包括从头测序(de novo)和重测序(re-sequencing).WGS具有信息全面、精确、高效等优点,尤其能对未知基因和未知结构变异进行高效探索,随着高通量测序技术的发展,WGS成本快速降低,使其迅速超越传统策略,成为当前群体进化分析和功能基因挖掘的最主要研究策略,并在畜禽中得到广泛应用.目前已经对鸡(Gallus gallus)、猪(Sus scrofa)、牛(Bos taurus)、绵羊(Ovis aries)、山羊(Caprahircus)、马(Equus caballus)、鸭(Anas platyrhynchos)和狗(Canis lupus)等畜禽进行了大量WGS研究,探究了畜禽进化规律,并挖掘出许多关键功能基因.此外,WGS在未来畜禽泛基因组的构建和全基因组选择育种中也将有广泛的应用.本文主要对WGS的特征和发展进行了介绍,概述和讨论了其在畜禽群体进化和功能基因挖掘中的应用,并简述了其关键要点和应用前景,以期为WGS在畜禽中得到进一步的应用提供理论参考.     

茂原链霉菌DSM 40847全基因组测序及序列分析

茂原链霉菌（Streptomyces mobaraensis）是一种高GC含量的革兰氏阳性放线菌,它广泛用于生产转谷氨酰胺酶、博来霉素、莫能霉素等。目前,还没有相关研究报道茂原链霉菌的全基因组序列,这限制了基于功能基因挖掘和利用的定向育种以及分子遗传研究。本研究首次通过高通量测序技术对茂原链霉菌DSM40847进行全基因组测序,使用Velvet软件进行拼接得到266 contigs,整个基因组大小约7.5 Mb,GC含量为73.2%,序列已提交至美国国立生物技术信息中心（NCBI）的GenBank数据库。通过对基因组序列进行分析,成功鉴定转谷氨酰胺酶酶原激活相关蛋白基因,同时对该菌株的次级代谢产物合成基因簇进行了预测,相关研究结果将为茂原链霉菌的功能基因组学研究提供基础数据。     

基于简化基因组测序技术的甘薯HRM分子标记开发及其应用

目前甘薯中针对SNP位点的分子标记开发及应用的报道较少。为开发甘薯特异SNP分子标记,本研究利用简化基因组测序技术对甘薯种质材料进行测序,筛选稳定的SNP位点,将其开发为基于HRM技术的分子标记,并在甘薯种质材料中进行验证。通过对23个甘薯种质材料简化基因组测序数据的分析,共发现835 756个SNP多态性位点,筛选其中的3 650个含有SNP多态性位点的高质量测序片段,成功设计了134对引物;初步验证发现,22对(16.42%)引物没有扩增产物,15对(11.19%)引物扩增产物2个以上,36对(26.87%)引物的扩增产物没有差异。61对(45.52%)引物在8个样本中的扩增特异性好,而且样本之间有差异。最后筛选34对扩增多态性丰富的引物对52份甘薯种质材料进行扫描,发现材料间多态性介于27.27%~90.91%之间,平均多态性达到59.35%。聚类分析表明,参试52份甘薯种质材料之间的差异较小,多数材料与骨干亲本南瑞苕、徐薯18之间关系较近,国外引进甘薯材料和地方品种差异较大。建议在今后甘薯育种中尽量选用地方品种和国外甘薯品种,从而更好地拓宽甘薯遗传背景。本研究初步建立了基于简化基因组技术和HRM技术开发甘薯SNP分子标记的新思路,为今后甘薯SNP分子标记开发提供了参考。同时本研究开发的甘薯分子标记,丰富了甘薯分子标记类型,为甘薯研究者开展快速的分子标记研究提供了支持。     

拜耳作物科学首次测序油菜籽和油菜全基因组

2009年10月9日拜耳作物科学公司宣布他们已经完成油菜籽和油菜全基因组及其与芜菁、甘蓝相同基因组序列的测序,显示了拜耳在深入了解油菜遗传密码水平的独特。油菜籽和油菜是仅次于大豆的油料作物,约占世界油料作物总产量的15％。     

桉树EST—PCR产物测序方案的优化

EST—PCR产物测序是EST标记开发的重要步骤。本研究利用乙醇-醋酸钠法、清洁试剂盒、虾碱磷酸酶（SAP）-核酸外切酶Ⅰ（ExoⅠ）法和凝胶回收试剂盒4种方法,对6个桉树EST-PCR产物的纯化效果和测序结果进行了比较,推荐乙醇-醋酸钠法为首选的纯化方法;利用测序试剂盒Bigdye Terminator V3．1,对1／2、1／4、1／8、1／16和1／32标准用量（8．0μL）的测序结果的分析表明,1／16和1／32用量仍可有效测序,均可作为优先的测序试剂用量。同时,也发现EST-PCR扩增谱带单一、明亮的序列与设计的目标EST具有较好的同源性,开发SNP和Indel标记的潜力极大,但较弱的谱带则可能是非特异性扩增的产物。乙醇-醋酸钠法纯化和Bigdye Terminator1／16或1／32用量的测序方案,具有成本低和操作简便的优点,适合96孔板或384孔板大规模EST—PCR产物的测序。     

美科学家首次完成一家四口全基因组测序

2010年3月10日,《Science》杂志在线发表了一篇关于一家四口（父母及其孩子）的全基因组测序的文章。通过测序,研究人员发现了影响人类自发性基因突变平均速度,以及一些与影响兄弟姐妹的疾病有关的基因。     

科学家完成金小蜂基因组测序

近日,美国罗切斯特大学生物学教授John H.Werren和贝勒医学院基因组测序中心的Stephen Richards领导完成了3种寄生性金小蜂（Nasonia vitripennis,N.giraulti和N.longicornis）的基因组测序。     

大白菜InDels标记开发及其在剩余杂合体鉴定中的应用

大白菜(Brassica rapa ssp.pekinensis)参考基因组序列的公布及测序成本的降低为大规模开发插入/缺失(Insertion/Deletion,InDel)标记提供了可能.本研究以性状差异明显的大白菜自交系He102与06-247为亲本,开展了全基因组重测序、标记开发和验证工作.二者测序深度分别为10×和8×,经筛选共获得330 218个InDels差异位点,出现频率为1.2个/kb,其中有11 238个差异位点位于编码区,包括5 184个差异基因,每个基因平均包含2.2个差异位点.分别以He102与06-247测序数据中筛选出的多态性InDels位点为参照,从10条染色体上随机选择933个位点进行了PCR扩增及电泳检测验证.结果表明,测序深度对假阳性率有直接影响,以测序较深的材料中筛选到的差异位点为参照,其验证结果的假阳性率亦较高,反之则较低.本研究中以He102与06-247为参照选择InDels位点验证的平均假阳性率分别是51.9％和22.5％.从933个位点中共筛选出593个在亲本之间实际表现为多态性的位点,这些差异位点中有375个位于编码区,是潜在的功能性标记.利用上述差异位点,检测了He102与06-247衍生的F7代重组自交系群体,明确了F7代各株系在593个位点的纯/杂合状态,为利用剩余杂合株系精细解析和精准定位大白菜耐抽薹、抗病毒、抗干烧心等重要农艺性状奠定了基础.     

穴居人基因组完成草图测序

一个38000年前的穴居人全基因组被来自德国的科学家进行了测序。这个研究小组已经在提取其他穴居人骨头中的DNA,并希望这些穴居人的基因组可以和现在人类的基因组进行前所未有的比较,因为从进     

印度完成斑马鱼的全基因组测序

印度基因组学与整合生物学研究所（IGIB）科学家利用超级计算机完成了野生斑马鱼的全基因组测序拼装工作,这一成就标志着印度进入动物全基因组测序的领域。科学家们还启动了一个名为“Kaurava”项目,试图通过100条单亲野生斑马鱼子代研究斑马鱼来研究其中的自然变异。     

苏云金芽孢杆菌基因组研究概况

迄今为止,全球已有2个Bt株菌株完成了全基因组测序,1个Bt菌株正在拼接中,15个Bt菌株正在进行测序中。已有22个晚质粒完成了全序列测定。助是作为生物农药使用最广泛的微生物菌株,也是最为成功地将其杀虫晶体蛋白基因应用于植物转基因的微生物。在基因组进化、新基因发现、基因表达调控等方面一直是科学家研究的热点,并取得了相当多的成果。本文概述了苏云金芽孢杆菌基因组测序现状、基因组特征及比较基因学等方面的研究进展。     

对虾白斑综合征病毒基因组片段的测序、亚克隆与表达

取对虾（Penaeid shrimp)白斑综合征病毒（WSSV）基因组DNA随机文库中1个约8kb的克隆片段进行测序，DNA序列用DNAstar软件进行分析，共发现43个100bp以上阅读框（ORF），其中1条链31个，互补链12个，用BLAST软件将43个ORF及其推导的氨基酸序列分别与GenBank中核酸蛋白数据序列进行相似性比较，结果无显著同源性。从白斑综合征病毒基因组的测序片段中，发现一个810bp阅读框，其编码氨基酸序列与海栖热袍菌（Thermotoga maritima) 外膜蛋白有24％的同源性，设计一对引物，扩增出该阅读框，用T载体克隆并按正确阅读框连接到E.coli表达载体pGEX-6p－1上。重组菌经IPTG诱导后，菌体SDS－PAGE显示有1条大小为56kD的融合表达蛋白产生。     

磁性微生物基因组备受生物技术研究关注

趋磁细菌是利用生物罗盘定位的最小生物体，这些细菌的细胞磁性是如何产生的还是个谜。“Genome Research”上刊登的一份研究报告表明：科学家利用基因组测序对磁性细菌作了新的解密，这对生物技术和纳米技术的研究有很大地推进作用。     

高通量测序技术在微生物分子生态学研究中的应用

微生物在众多的自然和人工生态系统中发挥着核心的作用,但能够被培养分离的微生物在大部分生态系统中只占极少一部分,极大地限制了人们对微生物组成、功能及其潜在应用的认识。分子生物学方法,尤其是高通量测序技术应用到微生物生态学研究中,为认识微生物多样性、群落结构组成及其生态功能提供了有利手段。高通量测序作为一种新兴的免培养分子生物学技术,具备检测快速、准确、信息全面丰富等特点。随着高通量测序技术的不断升级换代,测序通量、读长和准确度的不断提升以及成本的大幅下降,该技术在过去十几年间被迅速应用于土壤、水体和肠道等微生物区系的研究中。本文简述了基于高通量测序技术的PCR产物测序技术和宏基因组学测序技术的原理、发展历程、数据分析方法与应用,以及宏基因组学测序技术在病毒学领域的应用,以期为微生物分子生态学研究提供参考。     

基因序列拼接新技术

新一代大规模平行测序技术能以相当低的单位成本下提高测序通量,但是大量DNA小片段的拼接组装极具挑战性,如果序列拼接这个关键步骤没有提高,整个基因组图谱绘制工作的速度就会被降低。华大基因研究院的汪建、王俊教授领衔的研究小组在基因组拼接技术方面取得新的突破,在最新一期的《Genome Research》上发表了相关研究成果。     

玉米全基因组测序完成

2009年11月19日美国圣路易斯华盛顿大学、亚利桑那大学、爱荷华州立大学、冷泉港实验室,印度理工学院等机构宣布玉米全基因组测序完成,并于11月20日出版的国际著名杂志《Science》上公布。