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。     

流式细胞术测定银叶真藓(Bryum argenteum Hedw.)基因组大小

银叶真藓(Bryum argenteum Hedw.)是藓类植物真藓科真藓属的模式种。世界广布种。该研究以银叶真藓为试材,采用流式细胞术,首先选用同属于藓类植物而且已公布基因组大小的小立碗藓(Physcomitrella patens)作为内参,估算得到银叶真藓基因组大小为568~589 Mb。鉴于参照的小立碗藓基因组大小为487 Mb是测序结果,可能在实际反映其基因组大小上有偏差,所以作者又选取了既有测序结果(125 Mb)又有流式细胞术估算基因组大小数据(157 Mb)的拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为内参,对银叶真藓基因组大小进行了再次估算。结果表明,银叶真藓的基因组大小为728.09±77.84 Mb,1CDNA含量约为0.75 pg。该研究所得数据有助于银叶真藓基因组测序的研究。     

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。     

流式细胞术测定5种苔藓植物的基因组大小

作为藻类和维管植物之间的过渡类群,苔藓植物不仅占有重要的进化地位,它同时可作为园艺上的观赏植物。目前对很多苔藓植物的培养条件、基因组大小等信息非常缺乏,且已进行基因组测序的苔藓物种较少,这些都严重制约了苔藓植物系统学的研究和资源利用。本研究以基因组大小为942 Mb的野生番茄(Solanum pennellii)为内标,采用流式细胞术对5种苔藓植物的基因组大小进行测定,结果表明,拟短月藓(Brachymeniopsis gymnostoma)的基因组大小约为391.40 Mb,绒叶青藓(Brachythecium velutinum)的基因组大小约为386.96 Mb,尖叶梨蒴藓(Entosthodon wichurae)的基因组大小约为441.01 Mb,桧叶白发藓(Leucobryum juniperoideum)的基因组大小约为493.21Mb,明叶藓(Vesicularia montagnei)的基因组大小约为337.94Mb。本研究为苔藓植物的全基因组测序、分子生物学研究、亲缘进化研究以及园艺苔藓品种开发和育种等方面提供重要信息。     

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...     

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。     

流式细胞术测定苎麻基因组大小

苎麻属于荨麻科苎麻属,是目前非常重要的纺织原料,有着广泛的开发前景。为了更好地研究苎麻基因组信息,拟通过流式细胞术测定苎麻基因组大小。本研究以水稻(Oryza sativa)日本晴为内标,湘苎3号为待测样品,分别分离水稻和苎麻叶片细胞的细胞核,PI染色,用流式细胞仪对水稻和苎麻样品的PI发射荧光强度进行测定。通过比较水稻和苎麻样品的荧光强度的倍数关系,计算得到苎麻基因组大小,并采用外标法和内标法同时进行测定和计算。以水稻日本晴为外标,苎麻3号为待测样品,测得苎麻基因组大小为332.5 Mb,而用内标法得到的苎麻基因组大小为300.5 Mb,相比之下内标法测定的变异系数更低,更为准确。苎麻基因组大小的测定为苎麻基因组文库的建立及其基因组相关研究提供了理论指导。     

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。     

高等植物线粒体基因组进化分析

线粒体是进行呼吸代谢、为生命活动提供能量的细胞器;其基因组相对独立于核基因组,表现为半自主遗传特性。植物线粒体基因组较大,基因组重排、重复序列重组,以及基因获得/缺失/转移/重复等频繁发生,很大程度影响其基因的正常功能行使;同时,也增加了研究其基因功能及其基因组进化的难度。新一代测序技术降低了测序成本,数据库中测序基因组数据激增。其中,也包括大量已获得的植物细胞器——线粒体和叶绿体的基因组序列。本文使用公用数据库的线粒体基因组序列,通过对高等植物线粒体DNA序列、结构、功能基因丢失/迁入、DNA片段水平转移、重复序列及RNA编辑等方面比较分析,试图从某些侧面揭示植物线粒体基因组复杂的进化特征与过程,为解析植物线粒体基因组的进化、探讨细胞质雄性不育机制提供新证据。     

华山松叶绿体基因组特征分析

叶绿体基因组凭借稳定的结构、高度保守的序列在植物遗传结构、比较基因组学和系统发育进化等研究中发挥着重要作用。为明确南系华山松叶绿体基因组的大小、结构、基因组成及近缘种的关系和分类地位,本研究以南系华山松为研究对象,采用2×CTAB法提取南系华山松叶绿体基因组DNA,建立测序文库,进行浅层基因组测序、组装、SSR检测、序列对比、共线性分析以及系统发育树构建。结果表明,南系华山松叶绿体基因组全长116 879 bp,GC含量为38.16%。南系华山松叶绿体基因组共编码136个基因。其中,蛋白编码基因77个,tRNA基因55个,rRNA基因4个,具有2～5份拷贝的基因共有14个(均属于tRNA基因),具有1个内含子的基因共有12个。经叶绿体基因组序列比对发现,南系华山松与新疆五针松的相似性最高,达98.852%;与欧洲云杉的相似性最低,仅为57.588%。运用最大似然法基于GTR+F+R2模型构建系统发育树,可将20种松科植物分为4类,其中,南系华山松与北系华山松虽聚为一类,但两者之间的支持率处于较低水平,仅为55%。此外,南系华山松与北系华山松叶绿体基因组序列存在碱基替换和插入缺失,编码基因数量和种类存在异同,说明南北系华山松间叶绿体基因组存在明显差异。本研究可为南系华山松遗传结构和华山松群体遗传研究提供理论依据。     

基因组原位杂交技术在植物研究中的应用

基因组原位杂交是以亲本之一的总基因组DNA做探针,另一亲本的基因组DNA做封阻,在荧光原位杂交技术的基础上发展起来的一种染色体/染色质检测技术。在其发展的十几年里,已在植物的基因组研究中发挥了重要的作用。应用这一技术可对多倍体中基因组之间的亲缘关系、基因组组成及起源进行研究;对杂交种中染色体组的组成进行分析;对代换系、附加系和易位系进行有效的鉴定,并对其中的外源染色体或染色体片段的来源、大小、数目及发生位点进行检测和定位。此外,利用基因组原位杂交技术还有助于确定物种间的同源性;研究杂交种中来源不同的染色质在核中的分布;探索B染色体的起源、染色体间的配对、重组、交换等现象。随着基因组荧光原位杂交技术体系的不断发展、完善和改进,其应用范围不断拓展,在植物基因组研究领域中发挥了越来越重要的作用。     

利用基因组简约法开发烟草SNP标记及遗传作图

提出了一种基于基因组简约法开发SNP标记的方法, 即利用特定限制性内切酶酶切降低基因组复杂度, 利用高通量测序平台对酶切位点周围的目标片段进行富集测序, 设计一个生物信息学流程进行序列分析和SNP鉴定。以烤烟DH群体为例, 通过基因组简约法收集烟草基因组代表性片段和高通量测序产生11.4 Gb数据, 经生物信息学分析获得了1015个高质量SNP位点。以SSR标记为骨架, 绘制包括SNP标记在内、标记总数为1307的烤烟遗传连锁图。最后利用该遗传图谱和普通烟草2个祖先种的基因组序列, 分析烟草24个连锁群(染色体)之间的同源关系, 发现了大量染色体之间的重组或交换事件以及部分染色体之间的共线性。     

流式细胞术在植物倍性鉴定及基因组大小估测中的应用策略

流式细胞术目前广泛应用于植物的倍性鉴定和基因组大小的估测。样本处理不当,或者流程操作中存在误差,会导致结果不准确或者检测失败,针对植物倍性鉴定及基因组大小估测,本研究通过阅读大量文献并结合长期的流式细胞仪操作经验,总结出一套可靠高效的应用策略,本研究着重阐述流式细胞术流程中的关键点,总结出样品细胞核悬浮液制备、上机检测及数据分析的应用策略,以期为流式细胞术在植物倍性鉴定及基因组大小估测中提供参考。     

美丽硬仆骨舌鱼全基因组微卫星分布规律特征

本研究旨在了解美丽硬仆骨舌鱼(Scleropages formosus)基因组微卫星分布规律。采用生物信息学方法对国际濒危物种美丽硬仆骨舌鱼全基因组范围内的微卫星数量及分布规律进行了分析。结果显示,1~6个微卫星重复类型的微卫星序列354239个,总长度为6139487 bp。微卫星单碱基、二碱基、三碱基、四碱基和五碱基重复单元中数量最多的分别为A、AC、AAT、ATCC、AAAAT。25条染色体中,6号染色体所含微卫星数目最多（28662个）,22号染色体所含微卫星数目最少（6929个）,微卫星数量与其所在染色体DNA序列长度呈线性相关(r=0.999)。22号染色体微卫星出现频率最高（576.35个/Mb）,3号染色体微卫星出现的频率最低（469.65个/Mb）,结果显示,微卫星频率与其所在染色体DNA序列长度并不相关。为进一步通过微卫星分子标记开展美丽硬仆骨舌鱼亲缘关系鉴定、遗传多样性分析、微卫星标记在硬仆骨舌鱼科的通用性分析奠定了基础。     

流式细胞术测定川贝母四种基源植物基因组大小

为揭示川贝母各基源植物间基因组大小与形态的内在差异和联系,本研究以已知基因组大小的银杏(8.92 Gb)作为内标,卷叶贝母、暗紫贝母、甘肃贝母、太白贝母的幼嫩叶片为材料,采用流式细胞术测定贝母属4种基源植物的基因组大小。结果表明,4种基源植物的基因组大小相近,其中,以卷叶贝母最小,为(29.73±0.34) Gb;甘肃贝母最大,为(31.80±0.06) Gb;暗紫贝母基因组大小为(31.46±0.36) Gb,太白贝母基因组大小为(31.68±0.17) Gb。本试验将为贝母属几种基源植物的基因组学研究、分子细胞遗传学、生物活性合成代谢通路的揭示以及种群进化研究提供基础数据参考。     

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     

丹参SmPAP1基因组DNA的克隆及其拷贝数的验定

本研究以获得的丹参SmPAP1基因c DNA为模板设计引物扩增其基因组DNA序列(genomic DNA,g DNA)。g DNA与c DNA序列比对结果显示,该基因基因组DNA序列长度为739 bp,由2个外显子和1个内含子组成。进一步采用染色体步移技术克隆了其上游的一段长度为1 197 bp的启动子序列。启动子序列分析结果显示,该区域内不仅含有保守的TATA盒和CAAT盒,而且包含多个潜在的与胁迫应答相关的顺式作用元件,暗示SmPAP1基因很可能响应多种环境胁迫诱导表达。此外,SmPAP1基因的Southern杂交结果表明,在丹参基因组中SmPAP1仅有1个拷贝数。本研究结果为进一步研究SmPAP1基因的表达调控模式以及启动子的功能奠定基础。     

外源抗草膦EPSPs基因在大豆基因组中的整合与定位

通过基因特异引物扩增和免疫层析试纸法分别对EPSPs基因和其编码的蛋白进行检测。结果表明,EPSPs基因不仅已整合到大豆基因组中,而且EPSPs蛋白可以正常表达。利用染色体步移方法获得了转基因大豆插入位点的侧翼序列,序列比对表明35S上游的大豆DNA序列起始于Gm02:7912740,NOS下游的大豆DNA序列起始于Gm02:7777705。外源基因不是以点插入方式整合,而是导致大豆基因组约135 kb片段的移位和重排。基因组序列重排导致一个编码HEC1和HEAT repeat功能域的基因(Glyma02g09790)结构受到影响,该基因在ABA和PEG处理时下调表达。本研究发现外源基因的插入导致插入位点附近DNA序列发生重排,并鉴定出一个编码HEC1和HEAT repeat功能域的基因可能会在ABA信号通路中参与干旱胁迫应答。本研究通过对抗除草剂EPSPs基因在大豆基因组中的插入位点分析,明确了外源EPSPs基因在大豆基因组中的整合、定位及其侧翼序列,为转基因大豆安全评价提供了依据。     

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。