二代测序技术和叶绿体基因组在菊花系统学分类和遗传资源研究中的应用综述

快速发展的简化基因组测序技术,适用于非模式植物的测序,成本较低、测序性能强,目前被大量应用于园艺植物鉴定和基因组辅助育种.而具有母系遗传特征的叶绿体基因组,具有多拷贝、结构保守等优点.将叶绿体基因组与二代测序技术结合应用,将成为植物遗传资源研究的有效手段.本文综述了二代测序技术和叶绿体基因组在包括菊花在内的园艺植物种质资源研究中的应用,以期为菊花分类和遗传资源研究提供理论基础.     

蝶形花科植物叶绿体基因组研究进展

被子植物叶绿体基因组比较保守,但豆科植物中蝶形花科叶绿体基因组却表现出高度分化的特征.通过综述蝶形花科叶绿体基因组在进化过程中多个基因/内含子丢失、倒置的发生对基因排列顺序变化的影响,不同物种间或同一物种中不同基因间进化速率的差异等特征,推测重复序列的存在可能是其出现高度分化的一个重要原因.目前已测序的蝶形花科植物叶绿体基因组的数量有限,叶绿体基因组高度分化的内部机制尚不完全清楚.随着越来越多的蝶形花科植物叶绿体基因组测序的完成,可以深入探讨叶绿体基因丢失的机制及影响;通过开发高变的叶绿体基因标记,可对蝶形花科进行近缘物种的系统学研究.     

温室环境下植物表型研究平台

植物表型多数植物的全基因组测序已经完成,但对这些基因组进行解析的难度要远大于测序的难度,多数基因功能并不清楚。植物的性状(Trait),也就是表型(Phenotype)--受到基因和环境的双重影响,难以进行可重复的精确测量。     

基因组时代的植物系统发育研究进展

系统发育研究是进化生物中的基本问题,也是其他众多生物学分支学科的基础问题,其核心在于研究不同生物类群间的亲缘关系与进化命运。利用分子数据研究生物之间的进化关系是系统发育研究的重要手段。随着测序技术的提升和测序成本的持续下降,系统发育研究由早期基于单基因或联合少数片段逐步发展到现阶段利用大规模基因组数据对个体、群体、物种以及更高水平的进化关系进行探讨。讨论了目前植物体内的3套基因组(叶绿体基因组、线粒体基因组与核基因组)在系统发育研究中的代表性成果,总结了植物不同基因组的特征及其在系统发育研究中的优势与局限,探讨了系统发育树构建的主要方法,并对未来研究进行了展望。目前,植物体内的3套基因组适用于不同阶元和类群的系统发育研究,不同基因组之间的遗传特性差异使其在系统发育研究中具备不同的优势和应用：(1)叶绿体基因组结构相对简单,序列保守,不易重组,单亲遗传,是广泛应用于系统发育学和进化生物学等研究领域的理想分子数据资源;(2)植物线粒体基因组序列进化速率较慢,目前仅适用于早期植物和大尺度水平的系统发育研究;(3)核基因组为双亲遗传,可综合揭示双亲谱系及系统网状进化关系,在系统发育研究中具有巨...     

基于全基因组分析技术的鱼类育种技术原理与应用

随着越来越多的鱼类完成全基因组测序,如何将基因组信息和相关分析技术应用于鱼类育种成为业内关注的问题.相比于作物与畜禽,基于全基因组分析的鱼类育种技术的研究和应用较为滞后.目前鱼类育种主要参考其他物种已各成体系的诸多方法,虽然这些方法为鱼类全基因选择育种提供了参考,但众多的技术和算法在选择和应用中也存在一些问题.梳理了不...     

基因组测序技术及其应用研究进展

基因组测序技术从第1代Sanger测序经第2代高通量测序已发展到第3代单分子测序,第2代高通量测序技术是当前基因组测序中最主要的分析技术。对高通量测序技术在全基因组de novo测序、全基因组重测序、简化基因组测序、宏基因组测序分析和表观基因组学研究等领域的应用原理、步骤及现状进行综述,以为基因组测序技术的应用提参考。     

转座子对植物基因和基因组进化的贡献

转座子在被发现具有转座功能以前,被看作是作用在个别基因或整个基因组结构不寻常的诱变因素。在玉米中首先发现和认识转座子特征后,已在所有生物中发现其的存在,包括已研究的植物物种。在带有大而复杂基因组的植物中,转座子占核DNA的组成超过50％,但对每一个物种而言,尚缺乏有关转座子对许多物种适应性具有促进作用的证据。在每一植物物种中,     

高等植物线粒体基因组测序和序列分析

线粒体是真核细胞内的重要细胞器,是一种遗传上半自主性的细胞器,编码与自身功能相关的部分基因,参与生命活动一些过程。植物的线粒体基因组较动物的更为复杂,且与植物细胞质雄性不育和物种进化密切相关。本文概述了植物线粒体基因组测序工作,并在此基础上,综述了植物线粒体基因组的大小、组成形式、基因组序列的结构特征、基因组成,分析表达特点、RNA编辑、序列重组,以及线粒体基因组进化、线粒体相关的雄性不育机理研究的研究进展。     

全基因组选择在植物育种中的研究进展

育种值的估计是品种选育核心,在农业生产中占有十分重要的地位。全基因组选择通过估计全基因组所有标记或单倍型的效应,从而得到基因组估计的育种值,是分子标记辅助选择的一种新方法。随着高通量基因分型技术的发展及高密度全基因组SNP标记的开发应用,全基因组选择已成为动植物遗传育种的研究热点。对全基因组选择的原理、计算方法、影响准确性的因素及植物育种中的研究现状等进行综述,并对全基因组选择在植物育种的应用进行了展望。     

植物LTR类反转录转座子在植物基因组学研究中的应用

LTR类反转录转座子是植物基因组中的重要转座元件,对植物基因组的结构及功能有重要的影响。综述了近年来植物LTR类反转录转座子的类型和结构、在基因组中表达和调控,并探讨了它们在植物基因组学研究中的应用前景。     

一株牦牛源产细菌素植物乳杆菌SWUN5815全基因组测序及序列分析

旨在分析一株牦牛源植物乳杆菌SWUN5815的全基因组序列测序,并对该菌株的功能特性基因进行挖掘.基于PacBio RSII测序平台对乳杆菌SWUN5815进行全基因组测序分析和GO、KEGG、COG和NR数据库进行基因组基本功能注释.结果 表明:1)植物乳杆菌SWUN5815的基因组大小为3.27 Mb,GC含量44...     

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。     

植物特异DNA序列应用研究进展

植物特异DNA序列是指在某些植物属、种、基因组或染色体上单独具有的特异存在的DNA序列。几乎所有的高等生物基因组中都有一些物种或基因组特异(有)的DNA序列。研究这些特定序列,对研究物种间在进化过程中的关系及现有物种间的亲缘关系、特异性状表达等方面有着重要的意义。简述了植物特异DNA序列的种类,总结了利用特异DNA序列作为与某一性状基因连锁的分子标记的应用情况,以及特异DNA序列在鉴定外源染色体的来源、某一染色体组或基因组、某一物种或属植物等方面的应用情况,提出了存在的问题与应用前景。     

高通量测序技术在转基因植物分子特征评价中的应用

分子特征是筛选和鉴别转化体重要依据,也是转基因植物安全评价必须提供的内容。DNA测序技术的发展为精准解析转基因植物的分子特征提供了新的技术方案。综述了高通量测序技术在转基因植物分子特征中的应用及欧盟和加拿大对转基因植物安全评价中所提供测序数据的要求,并提出了我国转基因植物安全评价中采纳测序数据时的建议,为高通量测序技术在我国转基因生物安全评价中的应用提供理论支撑。     

国际麦类基因组EST计划研究进展

基因组 EST(expressed sequence tags　表达序列标签 )计划 ,是通过大规模的 c DNA随机测序技术 ,获得对基因组认识的一种基因组研究策略。该计划由美国科学家 Venter于 1 989年提出 ,并首先在人类基因组研究中应用 ,之后被广泛用于植物基因组研究。在国际已开展的植物基因组计划中 ,除水稻与拟南芥同时还进行全基因组测序研究外 ,其它均为 EST计划。近来 ,关注植物 EST计划的人们惊奇地发现 ,在国际最大的公共数据库 Gene Bank中 ,小麦的 EST数量从 1 998年以来的几条 ,进入 8月份突然增加到近 3万条 ,现在已近 4.5万条 ,同时大麦…     

CRISPR/Cas9系统在植物基因组定点编辑中的研究进展

当外源DNA通过转基因技术导入植物细胞后,会以同源重组或非同源重组两种不同的方式整合到基因组中,进而获得相应的目标性状。外源DNA与受体细胞序列相同或相近的位点发生重新组合,从而整合到受体细胞的染色体上称之为同源重组;当发生了DNA双链断裂的细胞为了避免DNA或染色体断裂而造成DNA降解或对生命力的影响,而强行将2个DNA断端彼此连接在一起时则为非同源重组。发生非同源重组的细胞其基因组常出现核苷酸片段的插入和/或缺失以及其他突变等多种情况,使得研究者无法得到精确控制的突变结果;而发生同源重组的细胞基因组序列通常不变,通过加入同源重组的供体DNA,可以实现对基因组的精确修饰和改造。由于在植物中产生自发同源重组的概率很低,对植物基因组进行精确修饰和改造非常困难,位点特异性核酸酶的出现和应用,大大提升了同源重组的效率,使基因组编辑变得更加高效和精确,从而使得对包括植物在内的任何物种进行基因组编辑都将成为可能。锌指核酸酶（ZFN）和TALE核酸酶（TALENs）是能够使DNA的靶位点产生DNA双链断裂进而实现基因组定点编辑的常用系统,但在具体应用中发现这两种系统存在着许多缺陷和不足,如脱靶效应、与基因组进行特异结合与染色体位置及邻近序列有关等,另外技术难度大、构建组装时间长也限制了其应用。CRISPR/Cas系统广泛存在于细菌及古生菌中, 是机体长期进化形成的RNA指导的降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统。Ⅱ型CRISPR/Cas系统经过密码子优化等改造后已成为继锌指核酸酶ZFNs和TALENs后的新型高效定点编辑的新技术,具有突变效率高、制作简单、易操作及成本低的特点。目前,该技术成功应用于人类细胞、斑马鱼、小鼠以及细菌的基因组精确编辑,编辑的类型包括基因的定点插入、小片段的缺失、多个位点同时突变、基因定点的indel突变等。目前,CRISPR/Cas系统在植物中的应用还比较有限,但该技术为植物基因工程的发展呈现了美好的前景。文中首先简要介绍了CRISPR/Cas系统的组成和基本原理,进而详细综述了该技术在植物内源基因和外源基因定点编辑中的应用,主要列举了自CRISPR/Cas系统改造成功以来利用该系统对单子叶和双子叶植物进行基因组定点编辑的案例,最后对基因组编辑技术在农业和植物基因工程上的应用进行了展望,希望能够为开展该领域研究的科研工作者提供参考。     

鲤鱼基因组初步完成测定分析

<正>近日,中国科学院北京基因组研究所运用新一代高通量测序技术以及高性能的生物信息分析,完成了鲤鱼基因组初步测定与分析工作,获得了鲤鱼基因组高覆盖的基因组数据。"鲤鱼基因组计划"是基因组所与水产生物应用基因组研究中心和黑龙江水产研究所联合开展的研究项目,目前项目进展顺利,是     

转基因植物

植物转基因技术是指通过一定的方法将从动物、植物或微生物中分离到的目的基因转移到植物的基因组中，使之表达并稳定遗传，从而赋予新性状的技术。目前植物转基因技术主要在以下方面达到应用。     

科学家发现小麦抗穗发芽基因

小麦最怕遇到连续降雨,这将会导致小麦在收获前因麦穗发芽而造成严重损失,日前,美国农业部农业研究局和堪萨斯州立大学的研究人员在小麦中发现并克隆出一个被命名为PHS的能防止植物提前发芽的基因,这一基因的发现将阻止麦穗提前发芽.鉴定PHS基因的大部分工作主要来自于研究人员对普通小麦的全基因组测序.由于小麦的基因组差不多有人类基因组     

高通量基因组测序在农作物基因定位与发掘中的应用

随着新一代测序技术的发展和测序成本的不断降低,高通量测序在植物研究领域中得到广泛应用。通过简要阐述近年来高通量基因组测序在农作物研究中的应用进展,重点介绍了基于基因组重测序的作物基因定位与发掘新方法。这些将为农作物新品种选育和改良带来新思路,极大地缩短育种进程。