大刍草苗期转录组RNA-Seq数据的de novo拼接

采用solexa测序技术,对大刍草苗期全株各组织转录组进行了RNA-Seq测序、de novo拼接和信息比对研究。结果表明:转录组测序共得到了46.4 GB的原始数据,归并整理后获得长76 bp的序列有175 101 250条,经质量控制和de novo拼接后,共获得了58 147条大刍草转录本,其平均长度为1 335 bp。比对分析发现其中94.3%的转录本和玉米B73自交系的cDNA序列有较好的匹配,与水稻匹配的有84.1%,高粱84.6%,短柄草83.9%,共56 036条转录本。     

杜鹃花叶片转录组测序数据组装及功能注释

采用2代 Illumina Hi-Seq 测序技术对2年生杜鹃花白凤4号(Rhododendron pulchurum cv. BaiFeng 4)扦插苗叶片的转录组进行测序,获得了213 723 424条 Clean reads数据,经过质控和De novo。组装共获得平均长度为930 nt的53 568个Unigenes。与Nr、Swiss-Prot、KOG、KEGG四大数据库进行BLAST信息比对(E-value≤10^-5),共获得28 877个注释基因。与Nr数据库序列同源性比较发现,杜鹃花与葡萄(Vitis vinifera)具有较高的同源性,而与其他物种的同源性较低。杜鹃花转录组的Unigenes在KOG数据库比对上30 508个注释,分为25类。在GO数据库比对上17 218个Unigenes,其中与抗逆有关的Unigenes有11 928个。在KEGG数据库的132条代谢通路中富集了6 475个杜鹃花Unigenes,其中注释到植物激素生物合成代谢途径和信号转导途径的有384个。同时,有1 062个Unigenes被注释为转录因子,有8 738条SSR标记被挖掘。     

De novo computational design of retro-aldol enzymes

The creation of enzymes capable of catalyzing any desired chemical reaction is a grand challenge for computational protein design. Using new algorithms that rely on hashing techniques to construct active sites for multistep reactions, we designed retro-aldolases that use four different catalytic motifs to catalyze the breaking of a carbon-carbon bond in a nonnatural substrate. Of the 72 designs that were experimentally characterized, 32, spanning a range of protein folds, had detectable retro-aldolase activity. Designs that used an explicit water molecule to mediate proton shuffling were significantly more successful, with rate accelerations of up to four orders of magnitude and multiple turnovers, than those involving charged side-chain networks. The atomic accuracy of the design process was confirmed by the x-ray crystal structure of active designs embedded in two protein scaffolds, both of which were nearly superimposable on the design model.     

De novo formation of a subnuclear body

The mammalian cell nucleus contains structurally stable functional compartments. We show here that one of them, the Cajal body (CB), can be formed de novo. Immobilization on chromatin of both CB structural components, such as coilin, and functional components of the CB, such as the SMN complex, spliceosomal small nuclear ribonucleoproteins (RNPs), small nucleolar RNPs, and small Cajal body-specific RNPs, is sufficient for the formation of a morphologically normal and apparently functional CB. Biogenesis of the CB does not follow a hierarchical assembly pathway and exhibits hallmarks of a self-organizing structure.     

基于全长转录组测序的牛脂肪组织可变剪接事件分析

为探究可变剪接影响下更为复杂的脂肪沉积调控网络,明晰可变剪接事件的发生对脂肪沉积调控机制的影响,本研究基于PacBio测序平台的第三代测序技术,对夷陵黄牛腹腔脂肪、皮下脂肪、肌间脂肪进行全长转录组测序分析。共发现15 445个基因检测到50 520个可变剪接,占牛全部基因的33.4%。对这些基因进行富集分析发现,83个GO条目显著富集,这些显著富集的通路可能参与脂肪沉积网络的调控,其中16个与脂质合成及代谢相关,27条KEGG通路显著富集,其中15条与脂质合成及代谢相关。使用KOG、KEGG、NR、Swiss Prot、GO数据库对测序序列进行注释,80 756条序列共注释到69 259个基因,94 458条CDS序列及对应的pep序列。其中GO分析中15 039条序列富集到507个生物学过程条目,7 907条序列富集到214个细胞组分条目,30 672条序列富集到559个分子功能条目。KEGG数据分析富集到34条通路共49 710条序列,其中7 002条序列参与信号转导途径。以上结果表明,牛脂肪组织存在大量可变剪接事件,并且这些发生可变剪接事件的基因对脂肪沉积的调控发挥重要作用,这可...     

中华蜜蜂泛素基因及其全长转录本的发掘及分析

旨在利用三代Nanopore测序技术发掘中华蜜蜂（Apis cerana cerana）泛素（ubiquitin）基因及其全长转录本。基于前期获得的中华蜜蜂工蜂4～6日龄幼虫肠道的全长转录组数据,使用BLAST工具将全长转录本的序列比对到KEGG和Nr数据库以鉴定泛素基因及其全长转录本。采用Astalavista软件分析泛素基因的可变剪接（alternative splicing,AS）事件,并通过RT-PCR加以验证。通过TAPIS pipeline软件分析泛素基因的可变多聚腺苷酸化（alternative polyadenylation,APA）位点。共鉴定到48个中华蜜蜂泛素基因和435条泛素基因相关全长转录本。共发掘到48个泛素基因的74次AS事件,包括31次内含子保留事件,19次可变3′端剪接事件,16次可变5′端剪接事件及8次外显子互斥事件。RT-PCR结果证实了3种AS事件类型的真实性。共预测到38个泛素基因含有1个及以上的APA位点,并且在APA位点的上游鉴定到多个motif,一致性序列为：KCWYTDYTMWSYGMW SCARAWCCAGAATGAYCCWYWGGHWVMWGWDRTRGC。研究结果丰富了中华蜜蜂泛素基因及其全长转录本信息,为持续深入开展相关功能研究提供参考和依据。     

基于SMRT技术的水杉全长转录组分析及基因功能注释

以水杉原生种为材料,提取其幼嫩植株的根、茎和叶的总RNA,经m RNA纯化、反转录、全长转录组文库构建等过程,再采用SMRT技术测定其全长转录本序列,运用生物信息学对获得的原始转录组数据进行分析。结果显示：提取的总RNA符合建库要求;全长转录组测序共获得了包含5 914 711个亚读段(subreads)的14.0 Gb的数据,质量控制处理后包括236 130个全长非嵌合读段(reads)和97 626个一致性reads;转录本经去冗余处理后共获得61 057个全长一致性读段(unigenes),其中有54 099个被成功注释到7个数据库中,注释比达88.60%;对水杉unigenes作CDS(coding sequence)长度分布及转录因子分析,其CDS长度范围为144～6477 nt,平均长度约为679 nt;共检测到2386个转录因子,这些转录因子可以归类为29个家族。     

中药植物川牛膝基因组从头测序及分析

川牛膝是我国重要大宗药材,但近年来品质退化严重,品种真伪混杂。为深入研究川牛膝有效成分积累的分子基础,采用第二代测序技术利用Illumina Hi-seq 2000测序平台对川牛膝进行全基因组测序,使用AByss进行初步组装,得到一个包含大量基因组序列信息的数据集,并对其进行重复序列及编码序列注释。在该测序结果基础上,初步预测得到川牛膝体内甾体合成途径,并对鉴定川牛膝真伪的SCAR分子标记进行了初步定位,为研究川牛膝主要有效成分杯苋甾酮的合成途径,改良川牛膝品质提供了基础。     

基于全长转录组序列、核基因与叶绿体基因分析琼岛杨在杨属的亲缘关系

  目的  琼岛杨是我国热带地区发现的一种杨树,至今其分类和进化鲜有报道。本研究旨在通过三代全长转录组测序等方法了解琼岛杨在杨属中的分类与进化。  方法  基于Pacbio Sequel测序技术获取的热胁迫下琼岛杨、加杨和小叶杨完整全长转录本数据,通过直系同源基因计算非同义替换值（Ka）、同义替换值（Ks）及Ka/Ks值,比较直系同源基因在热胁迫下的表达模式,并结合毛果杨和簸箕柳的直系同源基因,构建了5个树种的进化树来分析杨树亲缘关系。通过克隆琼岛杨核基因（nrDNA:UDP-SQ和POPTRDRAFT_575699）和叶绿体基因（cpDNA:atpⅠ和trnF）,分析基因序列在琼岛杨种群中的多态性,计算琼岛杨种内遗传距离,及与19个树种（5个杨树组和1个类外群组）的种间遗传距离。基于最大似然法和最小进化法构建了琼岛杨与19个树种的进化树,以分析琼岛杨在杨属的亲缘关系。  结果  三代转录组测序共获得660组琼岛杨、小叶杨和加杨的直系同源基因,Ks平均值为0.150 5,峰值为0.02,Ka/Ks < 1,占比97.27%,这显示了3种杨树较近的亲缘关系。直系同源基因表达模式分析发现,3种杨树在热胁迫下具有相同的表达模式。利用遗传距离法计算琼岛杨与19个树种中atpⅠ、trnF、UDP-SQ和POPTRDRAFT_575699等4种基因遗传距离的平均值,发现琼岛杨与白杨组具有最近亲缘关系,平均值为0.011。  结论  基于三代全长转录组测序获得的直系同源基因分析显示出,琼岛杨与其他杨树具有较近亲缘关系。克隆cpDNA和nrDNA基因,计算遗传距离和构建的进化树均表明琼岛杨与白杨组具有最近亲缘关系。cpDNA的多态性以及进化分支置信度明显高于nrDNA,表明在琼岛杨中cpDNA比nrDNA基因更具备物种鉴别能力。      

玉米自交系根系性状遗传初步分析

采用不完全双列杂交设计，研究了15个玉米自交根系性状的遗传参数及其与籽粒产量之间的相关关系。结果表明，根系性状在不同自交系问存在较大的遗传差异，不同自交系的根系性状配台力、粒重配合力存在较大差异。根系性状中的根鲜重、根干重、根总条数等性状的遗传以加性为主，遗传力高，能稳定遗传，其转育及早代选择有效；气生根条数以显性遗传为主。相关分析表明。气生根条数与根鲜重、根干重、粒重等正相关显著，粒重与气生根条数、根鲜重、根总条数等正相关显著，这说明，以气生根作为玉米根系育种的选择性状是合理的，同时，加强根系育种选择可以取得高产。这为组配出根系发达、高产的玉米杂交种提供了遣传基础。     

中华蜜蜂细胞吞噬与包囊作用相关基因全长转录本鉴定及分析

【目的】系统鉴定和分析中华蜜蜂(Apis cerana cerana)吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本,为深入开展相关基因和剪接体的功能研究奠定基础。【方法】基于前期已获得的高质量中华蜜蜂纳米孔长读段测序数据,通过Blast工具将全长转录本比对Nr数据库筛选出吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本。利用gffcompare软件将全长转录本与东方蜜蜂(Apis cerana)参考基因组上注释的转录本进行比较,鉴定未注释的新基因和新转录本。利用TAPIS pipeline预测和分析吞噬与包囊作用相关基因的可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)位点,并通过TBtools软件鉴定APA位点上游的基序(motif)。使用Astalavista软件鉴定可变剪接(alternative splicing,AS)事件,并通过IGV浏览器进行结构可视化。通过RT-PCR验证AS事件的真实性。【结果】共鉴定到中华蜜蜂吞噬与包囊作用相关的基因66个和全长转录本395条,发掘出东方蜜蜂参考基因组未注释的2个新基因和303条新转录本。对参考基因组已注释的34个基因进行了结构优化,分别延伸了18个基因的5′端和12个基因的3′端,同时延长了4个基因的5′端和3′端。共鉴定到含有1个及以上APA位点的吞噬与包囊作用相关基因47个,其中多于5个APA位点的基因最多,为32个。在APA位点上游鉴定到多个基序,一致性序列为：GRBGCNKSDAACAAYTRBGCBMRNGGBYAYTAYWCNVWNGG。共鉴定到吞噬与包囊作用相关基因的AS事件296次,其中包括131次可变3′端剪接(alternative 3′splice site,A3SS)、85次内含子保留(intron retention,IR)、70次可变5′端剪接(alternative 5′splice site,A5SS)和10次外显子跳跃(exon skipping, ES)。RT-PCR结果显示,扩增的目的片段大小符合预期,证实了随机选择的2次AS事件的真实性。【结论】系统鉴定了中华蜜蜂吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本以及AS事件和APA位点,优化了东方蜜蜂参考基因组注释的吞噬与包囊作用相关基因的结构。     

玉米根系性状的遗传及相关分析

为了对玉米根系性状的育种提供理论依据和选择指标，本试验对玉米根系性状的遗传及相关进行了研究。结果表明，各根系性状在不同亲本间存在真实的遗传差异；不同亲本之间，根系性状的配合力存在显著差异，这为组配出根系发达的玉米杂交种提供了遗传基础。同时根系性状中气生根条数、根鲜重、根干重、根总长、根总条数等性状的遗传以加性效应为主，遗传力较高，能稳定遗传，其转育及早代选择有效。相关分析表明气生根条数与根鲜重、根干重、根总长、根总条数、土壤中根条数正相关显著或极显著，可作为玉米育种根系选择的指标。     

中华蜜蜂幼虫肠道参考转录组的de novo组装及SSR分子标记鉴定

【目的】利用RNA seq技术对中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫肠道参考转录组进行de novo组装,并进行功能及代谢通路注释,进而利用该转录组数据进行中蜂幼虫的SSR分子标记鉴定。【方法】实验室条件下饲养中蜂幼虫,将纯化的蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)孢子饲喂3日龄幼虫,剖取4、5和6日龄幼虫肠道,液氮速冻。将健康幼虫肠道与感染球囊菌的幼虫肠道同时进行Illumina测序。通过对raw reads的过滤得到clean reads,利用Trinity软件组装得到unigenes。通过BLASTx(E-value10-5)比对NCBI Nr、Swiss-Prot、KOG和KEGG数据库,对unigenes进行功能和代谢通路注释。利用MISA软件对所有unigenes进行SSR搜索,并利用Primer Premier 5软件设计特异性SSR引物,通过常规PCR对来源于北京、辽宁兴城和四川成都的中蜂幼虫肠道样本进行SSR位点鉴定。【结果】中蜂幼虫肠道的RNA seq共得到35 670 000条reads,de novo组装得到43 557个unigenes,平均长度为898 nt。共有18 225个unigenes可被注释到上述公共蛋白数据库,单独注释到NCBI Nr、Swiss-Prot、KOG和KEGG数据库的unigenes数分别为3 899、443、37和10个。KOG注释结果显示,11 442条unigenes分布于25个基因家族,其中注释到RNA加工和修饰家族的基因数最多,达1 249个。9 679个unigenes的GO分类结果显示,在生物学进程分类中,注释到细胞进程的基因最多,达4 201个,在分子功能和细胞组分类中,注释到结合与细胞的基因数最多,分别为4 935和2 900个。4 517个unigenes可注释到KEGG数据库中的216个代谢通路,注释到核糖体的基因数最多,达385个。利用MISA软件,可在7 763个unigenes搜索到13 448个SSR位点,随机选取20对SSR引物对国内3个不同来源的中蜂幼虫肠道样本的SSR位点进行扩增,有6对引物可鉴定出SSR分子标记。【结论】成功组装并注释了中蜂幼虫肠道参考转录组,可为中蜂及其幼虫的分子生物学及组学研究提供重要的参考信息,也可用于补充、丰富和检验东方蜜蜂的参考基因组,基于此转录组数据开发出6个中蜂的SSR分子标记,可应用于中蜂的基因图谱构建、基因多样性分析、基因定位等研究,也说明利用转录组数据开发非模式生物SSRs的方法可行。     

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。     

四株玉米秸秆快速降解菌的分离与鉴定技术研究

筛选出了四株能够快速降解玉米秸秆中纤维素和半纤维素的菌株,经初步鉴定该菌株为类芽孢杆菌属(Paenibacillus spp.),未定种.     

玉米根系分泌物的分离鉴定及典型分泌物的化感效应

根系分泌物是化感物质的重要来源之一,利用C2Cl2提取了水培35 d玉米幼苗的根系分泌物,并通过气相色谱和质谱联用技术(GC-MS)进行了分离鉴定,对相对丰度较高的分泌物邻苯二甲酸的生物学效应通过发芽试验进行了测试.结果表明,玉米幼苗的根分泌物主要包括烃类、苯、噻唑、酸、酮、酰胺、酯、醇和酚;根分泌物邻苯二甲酸是一种自毒作用强于他感作用的化感物质.     

De novo design, expression, and characterization of Felix: a four-helix bundle protein of native-like sequence

The protein Felix was designed de novo to fold into an antiparallel four-helix bundle of specific topology. Its sequence of 79 amino acid residues is not homologous to any known protein sequence, but is "native-like" in that it is nonrepetitive and contains 19 of the 20 naturally occurring amino acids. Felix has been expressed from a synthetic gene cloned in Escherichia coli, and the protein has been purified to homogeneity. Physical characterization of the purified protein indicates that Felix (i) is monomeric in solution, (ii) is predominantly alpha-helical, (iii) contains a designed intramolecular disulfide bond linking the first and fourth helices, and (iv) buries its single tryptophan in an apolar environment and probably in close proximity with the disulfide bond. These physical properties rule out several alternative structures and indicate that Felix indeed folds into approximately the designed three-dimensional structure.