浙江楠全基因组调查

浙江楠是重要的材用和园林绿化树种,但对其分子生物学的研究有限,全基因组测序成为深入研究浙江楠分子生物学的关键。本研究利用高通量测序技术(Illumina Hiseq 2500)开展了浙江楠基因组大小测定,并利用生物信息学方法对其基因组大小、杂合率及重复序列比例等一些基本信息进行统计。结果表明：浙江楠基因组大小为1 060.06 Mb,杂合率为2.18%,重复序列比例为58.81%,GC含量为40.81%。基因组各指标的统计结果表明,浙江楠基因组较大,且具有较高的杂合率,测序难度较大。后续浙江楠全基因组测序需要利用二代(Illumina)与三代(PacBio)测序技术相结合的方式进行,将有利于高质量全基因组的获得。     

攻克高复杂基因组组装,获得高质量中国种茶树基因组草图

正茶树是一种自交不亲和的多年生木本植物,种间频繁杂交导致基因组杂合度高(2.8%),同时基因组大(约3.0G)且重复序列含量极高,致使获得高质量参考其基因组难度极高。研究团队以国家级茶树品种舒茶早(中国种)为材料,整合二代Illumina Hiseq2000和三代PacBio两大测序平台的优势,采用杂合组装策略,获得了高质量的茶树全基因组信     

基于流式细胞术和K-mer分析测定两种车前属植物基因组的大小

车前属(Plantago)植物车前(Plantago asiatica)和大车前(Plantago major)是中国传统药用植物。本研究采用流式细胞术与K-mer分析方法对车前和大车前的基因组大小进行测定,为后续全基因组测序提供参考。实验过程采用木本植物缓冲液(woody plant buffer, WPB)解离并制备车前和大车前嫩叶材料的细胞核悬浮液,以玉米基因组DNA为对照,通过流式细胞仪测定经碘化丙啶(propidium iodide, PI)染色的车前属植物细胞核样品的荧光强度,计算基因组大小。此外,本研究采用高通量测序技术对车前和大车前进行双末端测序,同时利用K-mer法估计基因组大小,并分析杂合率、重复序列和GC含量等信息。结果显示,利用流式细胞术测得车前基因组大小约为2 386.01 Mb;大车前基因组大小约为743.14 Mb。而通过基因组测序,分别获得了78 Gb的车前和58 Gb的大车前基因组数据。K-mer分析的结果表明,车前基因组大小约为2 161.54 Mb,测序深度为36 X;大车前基因组大小约为701.17 Gb,测序深度为80 X,K-mer分布曲线图显示车前和大车前都是低杂合基因组,车前基因组含有较高比例的重复序列(51.72%)。研究结果为揭示车前属植物基因组大小的进化提供了重要证据,也为后续三代全基因高通量测序和组装提供了必要的数据参考。     

基于流式细胞术和基因组Survey测定药食同源植物赤苍藤的基因组大小

为了解药食同源植物赤苍藤的基因组大小、基本结构特征及确定适合该物种的基因组测序方案,本研究采用流式细胞术,结合基于K-mer分析的全基因组调查和生物信息学,测定和分析赤苍藤基因组。结果表明,流式细胞术估算赤苍藤的基因组大小为2.0～2.2 Gb;Survey分析获得赤苍藤有效数据152 Gb,估计基因组大小约为2 103.11 Mb,杂合率为0.90%,重复序列比例为75.20%,基因组GC含量约为38.50%,推测赤苍藤基因组大小约为2.1 Gb,并初步判断其具有较高的重复序列和杂合率。本研究结果确定了赤苍藤基因组为复杂基因组,可为后续开展全基因测序时的策略选择提供重要参考,为下一步开展全基因组图谱绘制、挖掘重要功能基因提供了有效数据。     

马齿苋的基因组大小估算及基因组调查测序

马齿苋作为蔬菜、传统中药和动物饲料具有悠久的应用历史。然而,马齿苋的分子生物学研究一直比较滞后,缺乏组学数据是一个重要的障碍。本研究以栽培品种‘北农1号’(BN1)为实验材料,采用流式细胞术和基因组调查测序等技术对马齿苋基因组特征进行了初步研究。细胞遗传学染色体计数表明马齿苋BN1的体细胞有52条染色体(2n=52)。流式细胞术分析估算BN1的基因组大小在1 089～1 445 Mb之间。运用第二代DNA测序技术和K-mer分析,估算马齿苋BN1的基因组大小约为1 295 Mb,基因组杂合率为0.103%,重复序列含量为59.27%。本研究进一步利用获得的DNA序列数据,从头组装了一个大小为963.2 Mb的马齿苋基因组,重叠群N50长度为20.1 kb。BUSCO分析表明基因组完整度为90.4%。本研究为马齿苋的基因组测序和分子育种研究提供了有价值的数据。     

山胡椒基因组大小的估测及其重要自然群体的倍性鉴定

山胡椒是一种果实富含油脂、根茎叶具较高药用价值的经济树种。现阶段山胡椒基本处于野生状态,分析山胡椒的基因组大小特征及自然群落个体倍性,对促进该物种种质挖掘利用具有重要意义。本研究通过流式细胞术和K-mer频数分析两种方法对山胡椒基因组大小进行预测,并利用前者分析三个山胡椒自然群体(河南鸡公山,贵州梵净山和台湾大肚山)的个体倍性。流式细胞术以山苍子(2n=2x=24)作为内标。K-mer频数分析通过对其基因组DNA进行Illumina测序,得到过滤数据218.64 Gb。流式细胞实验结果显示,山胡椒基因组大小约为2.32 Gb,而K-mer频数分析显示其基因组大小约为2.22 Gb,杂合率为1.42%,重复率为76.75%。本研究共检测了123份个体,获得结果 118份,结果显示全为二倍体。综合两种分析方法,本研究认为山胡椒是高杂合、高重复物种,基因组大小为2.22～2.32 Gb。个体倍性鉴定结果表明,不论是有性生殖还是孤雌生殖,中国境内的山胡椒野生型个体基本为二倍体,自然种群倍性处于稳定状态。研究结果可为后续山胡椒的基因组学、生殖学研究与利用等相关工作提供参考。     

濒危植物黑黄檀基因组微卫星序列特征分析

黑黄檀(Dalbergia fusca)是云南省濒危珍贵乡土树种,为分析其基因组中微卫星序列的特征,本研究通过Illumina高通量测序技术对黑黄檀全基因组进行测序,利用MISA软件进行分析。获得了12 962个微卫星序列,共7种类型,其中以单核苷酸重复类型最多,其次是二核苷酸类型。在各种类型中,AT含量显著高于GC含量。微卫星长度主要在10～20 bp,且在不同重复类型中,二核苷酸和单核苷酸长度变化较大,分别有20和18种。本研究揭示了黑黄檀基因组SSR分布规律,为其SSR引物的筛选及其种质资源遗传多样性研究提供理论依据。     

CITES监管植物习志野叶绿体基因组结构特征及系统发育分析

利用二代测序技术Illumina平台对CITES附录监管物种习志野(Tephrocactus geometricus)进行叶绿体全基因组测序与组装,并对其基因组结构特征及系统进化关系进行分析。结果表明,习志野叶绿体基因组具备典型的环状四分体结构,全长116 183 bp,包含72个蛋白编码基因、6个rRNA基因和30个tRNA基因。习志野叶绿体基因组共编码16 119个密码子,编码亮氨酸(Leu)的最多;共发现微卫星位点259个,其中最多的是单核苷酸重复序列186个。采用ML法构建系统进化树,习志野与巨人柱属的巨人柱(Carnegiea gigantea)亲缘关系最近。本研究为习志野的分子标记开发、系统发育关系研究、叶绿体转化技术、濒危机制的解析等提供了基础数据参考,同时也丰富了仙人掌科植物的叶绿体基因组遗传信息。     

云南绘出世界首个普通野生稻全基因组框架图谱

<正>2010年8月,由中国科学院昆明植物研究所高立志研究员带领的团队,完成了普通野生稻基因组高覆盖的序列测定、拼接和组装工作,获得普通野生稻全基因组从头测序的框架图。这是中国科学家自主完成的第一个野生稻全基因组测序计划,也是世界上第一个完成的高杂合度野生稻全基因组框架图谱。研究表明,普通野生稻的基因组大小约为3.70亿个碱基对,含有的基因总数目约为4.0万个,测序深度已达基因组大     

我国完成短花药野生稻基因组测序及分析

在I-OMAP计划的框架下,中国科学院遗传与发育生物学研究所陈明生课题组通过与深圳华大基因、亚利桑那大学等合作,利用第二代测序技术完成了261Mb高质量的短花药野生稻(O.rachyantha)全基因组序列,并开展了稻属比较基因组学和基因组进化的研究。研究揭示了稻属基因组在基因组大小、基因移动和异染色质进化等方面新的分子机制。     

芸香科植物叶绿体基因组结构和系统发育分析

本研究对已公布的芸香科12属43个物种叶绿体全基因组序列的结构特征进行了比较分析。芸香科叶绿体基因组大小为157～161 kb,基因数目为119～138,蛋白质编码基因数目为83～92。蛋白质编码基因中,11个为重复基因,共有基因为79个,13个基因存在不同程度的丢失。长度≥200 bp的蛋白质编码共有基因中,变异率最高的5个基因依次为ndhA、clpP、matK、rps16和rpl16。重复序列分析结果表明,最主要的重复序列类型为串联重复和回文重复,山小橘属2个物种的重复序列显著多于其他物种。大部分SSR (Simple sequence repeats)位点都偏向于A或者T组成,柑橘属中以三核苷酸重复最多,花椒属中主要为二核苷酸重复(单核苷酸重复除外)。基于基因组序列和蛋白质编码基因,均得到支持率高,拓扑结构基本一致的系统发育树结果。芸香科为单系类群,科下形成两个大分支,其中柑橘亚科为单系和芸香属形成一支;另一大支中,香肉果属是最早分化出来的类群,黄檗属+吴茱萸属为花椒属的姐妹群。本研究结果有助于更好的了解芸香科物种的系统进化。     

基于高通量测序的大叶铁线莲基因组微卫星特征分析

为了探究大叶铁线莲的遗传背景,本研究利用Illumina NovaSeq 6000高通量测序平台获得大叶铁线莲简化基因组水平上的序列信息,测序获得4.819 Gb的高质量数据。使用MISA软件对组装得到的235 602条contigs序列进行扫描,获得含SSR的序列有4 966条,共有5 017个SSR位点,其中完全型(Perfect) SSR有4 827个,复合型(Compound) SSR有190个。大叶铁线莲SSR的出现频率(检出的SSR个数与总序列数之比)为2.13%,平均每12.33 kb出现1个SSR (1/12.33 kb)。SSR位点的主要重复单元类型为二核苷酸重复,占SSR总数的38.53%,其次为单核苷酸,占SSR总数的36.58%。5 017个SSR中共发现106种重复基序,其中三核苷酸重复基序的类型最多,共有55种。大叶铁线莲简化基因组中的SSR重复长度区间为10～30 bp,主要集中在10～20 bp (占91.03%)的范围内。本研究为认识大叶铁线莲基因组特征以及在基因组水平开展其种群遗传学研究提供了基础数据。     

观赏樱属植物基因组SSR分子标记开发及鉴定

为了开发樱属植物的基因组SSR(简单重复序列)分子标记,本研究在IlluminaNovaSeq PE平台上进行喜马拉雅樱花(Cerasus cerasoides)基因组序列勘测。利用Perl脚本MISA识别微卫星序列,并随机合成100对引物进行引物多态性筛选。选择易扩增、多态性高的引物,采用荧光标记毛细管电泳法在45种樱属植物中进行检测和遗传多样性分析。结果表明,喜马拉雅樱花基因组共存在113 571个SSR位点(≥5个重复),其中包含53.31%单核苷酸基序,36.64%二核苷酸基序,其余基序类型占比10%。在此基础上共筛选出21个SSR标记,并将其用于观赏樱属植物的遗传多态性评估,结果共检测到215个等位基因,平均每个位点10.24个等位基因,平均杂合度为0.38。采用SSR标记构建的进化树较好地反映了45种供试樱属植物之间的亲缘关系。本研究开发了全新的樱花基因组SSR分子标记,可用于樱属植物的遗传多样性分析和分子标记辅助育种。     

基于高通量技术的椭圆叶花锚叶绿体全基因组测序及系统发育分析

本研究采用Illumina NovaSeq测序平台对椭圆叶花锚叶绿体基因组(cpDNA)进行测序,通过组装获得了其叶绿体基因组全长序列153 341 bp,GC含量为38.2%。注释得到135个基因,包含88个蛋白编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和2个假基因。用生物信息学方法对获得的cpDNA进行简单重复序列分析和密码子偏好性分析。结果显示：(1)椭圆叶花锚cpDNA中共有173个符合条件的SSR位点。其中单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和六核苷数分别为128、34、4、6和1,未发现五核苷酸重复基序。(2)椭圆叶花锚cpDNA亮氨酸使用频率最高,半胱氨酸使用频率最低。基于17种植物构建的系统发育树显示,椭圆叶花锚所在的花锚属与獐牙菜属亲缘关系最近。本研究为椭圆叶花锚种质资源鉴定、评价以及亲缘关系研究提供依据。     

五家渠尖缘螺线粒体基因组测序分析

为了获得五家渠尖缘螺线粒体基因组全序列,分析其组成特征,探讨其与同科的腐败琥珀螺以及肺螺亚纲相关类群之间的系统发育关系,运用Illumina Hiseq 2000高通量和Sanger测序技术以及MITOS在线注释及Genious R11.0等软件,对五家渠尖缘螺线粒体基因组序列进行了测序与分析.结果表明,五家渠尖缘螺线...     

芭蕉芋和美人蕉全基因组Survey分析

芭蕉芋是一种富含淀粉的具有较高经济价值的多用途作物,而美人蕉属于常见的草本园艺观赏植物,虽然两个物种用途广泛,但是它们的分子机制研究一直没有重要突破。为了加速两者分子育种的发展,本研究利用高通量测序技术对芭蕉芋和美人蕉进行Survey分析,通过生物信息学分析,完成了芭蕉芋和美人蕉全基因组特征评估,获得了基因组大小、杂合度以及GC含量等信息,基于两个基因组的特征比较分析结果完成了芭蕉芋基因组的初步组装。结果表明,通过对芭蕉芋和美人蕉进行高通量测序,分别得到139.30和68.10 Gb高质量的测序数据,总测序深度分别约为140 x和68 x,估算的基因组大小分别约为844.90和836.88 Mb;根据K-mer分析估算全基因组GC含量分别为39.14%和38.48%,杂合度分别为0.63%和1.50%。由此可知,芭蕉芋和美人蕉基因组均属于较为复杂的基因组。对芭蕉芋尝试初步组装后得到总长为555.60 Mb的基因组。本研究获得了芭蕉芋和美人蕉基因组大小和特征等信息,为芭蕉芋和美人蕉的分子育种研究提供了有价值的数据与思路,初步比较了芭蕉芋和美人蕉基因组特征的异同,为后续构建两者全基因组精细...     

金丝李叶绿体基因组序列分析

金丝李(Garcinia paucinervis)是集材用、观赏、药用多种用途的珍贵树种,具有较高的经济价值。为揭示金丝李叶绿体基因组结构特点以及系统发育位置,本研究利用Illumina HiSeqTM4000平台对其叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学方法分析其序列结构、基因特征、重复序列等,并构建系统发育树。结果表明,金丝李叶绿体基因组全长为157 649 bp,含有85 935 bp的大单拷贝(LSC)、17 738 bp的小单拷贝(SSC)以及一对26 988 bp反向重复(IRs)区。不同区域GC含量差异明显,大小依次为IR>LSC>SSC。该种共编码126个基因,包括81个编码蛋白基因(PCGs)、37个tRNA基因(tRNAs)和8个rRNA基因(rRNAs)。共鉴定出96个SSR,以单碱基重复为主,且偏好碱基A和T。金丝李IR边界无明显的扩张或收缩,但位于IR区边界的基因有差异;系统发育树显示金丝李与同属的莽吉柿(Garcinia mangostana)、大果藤黄(Garcinia pedunculata)、岭南山竹子(Garcinia oblongifol...     

樟叶木防己叶绿体基因组特征分析

为探讨樟叶木防己(Cocculus laurifolius)叶绿体基因组特征及与同科属叶绿体基因组的系统发育关系。采用Illumina HiSeq 4000平台对樟叶木防己进行测序、组装和注释,并对其序列特征、密码子偏好性、重复序列、简单重复序列、系统发育进行分析。结果表明,樟叶木防己叶绿体基因组呈典型的四分体结构,总长度为157 961 bp,包括大单拷贝区长度为89 173 bp,小单拷贝区长度为20198bp,反向互补重复区长度为24295 bp;共有基因129个,其中蛋白质编码基因85个,tRNA基因36个和rRNA基因8个;密码子偏好性分析表明,亮氨酸(Leu)的密码子数量最多(4 920个),而半胱氨酸(Cys)的密码子数量最少(568个);从樟叶木防己叶绿体基因组中共检测出26个长重复序列及65个SSR位点;系统发育分析表明,樟叶木防己与粉防己(Stephania tetrandra)聚为一支,亲缘关系最密切。本研究为防己科和木防己属分子标记、物种鉴定、亲属关系解析、遗传多样性分析等研究提供科学依据。     

基于RAD-seq的苦草属(Vallisneria) SSR标记开发

苦草(Vallisneria)隶属于水鳖科(Hydrocharitaceae),是水域生态修复的先锋物种。为了对苦草属植物进行比较全面的SSR信息分析,本研究基于RAD-seq (restriction-site associated DNA sequencing)简化基因组测序技术获得了苦草的简化基因组序列信息,并开发了SSR分子标记与引物设计。在所得序列中共检测到366个SSR位点,成功设计出引物的有355个,其中二碱基重复基序数量最多,占总数的59.56%,通过筛选和验证,最终确定了23对具有多态性的SSR引物。Genepop软件分析结果显示,这23个位点的等位基因数均值为3.26,多态性高且不连锁(P0.05);4个位点在多数群体中偏离哈迪温伯格平衡(P0.01)且纯合子与杂合子比例相当(观测杂合度均值0.460),近交系数高(Fis均值0.880),可能是因为单个群体采样集中,且由于苦草属植物同时具备无性、有性两种繁殖方式中的无性繁殖所致。     

长雄野生稻(Oryza longistaminata)全基因组Fosmid文库构建

长雄野生稻(O.longistaminata)起源于非洲,具有和亚洲栽培稻相同的AA基因组,是栽培稻改良的重要遗传资源。本研究构建了长雄野生稻全基因组fosmid文库,共获得33.6万克隆,文库的平均插入片段大小约为40kb,其中94.7%的克隆插入片段大小在30~50kb之间。挑取其中约11万克隆并保存,可覆盖10倍栽培稻基因组,对任意基因或序列的筛选概率达到了99.99%。将剩余的22万个克隆进行了末端配对测序,显示其有助于长雄野生稻全基因组测序的拼接。所构建的fosmid文库为筛选和克隆长雄野生稻的有利基因提供了研究材料。