高通量测序技术在植物MicroRNA研究中的应用

MicroRNA是一类广泛存在于动植物中长约21 nt的非编码小分子RNA,主要通过内切核苷酸或者翻译抑制调节基因转录后表达。植物MicroRNA在植物的生长发育、开花时序、新陈代谢及环境胁迫等方面起重要作用。简述了植物MicroRNA的生物发生、作用机制及调控功能,并在此基础上综述了高通量测序技术在植物MicroRNA研究中的最新应用进展。     

RNA测序的研究进展

RNA测序研究是基因功能及结构研究的基础,能够从整体水平研究基因功能及其结构。随着高通量测序和定量检测技术的不断发展,能够通过RNA测序对转录组进行更深度更完整的研究。该研究进展包括改善转录起始位点的预测、链特异性测序、融合基因的检测、microRNA定量的分析以及RNA可变剪切的识别。目前利用单分子测序技术可以实现RNA的直接测序,通过二代测序技术与单分子测序技术相结合的方式,能更深层次、更全面地获得转录组信息。     

植物降解组测序研究进展

微小RNA（miRNA）的靶标研究是近年来植物学研究的热点之一。降解组测序（Degradome Sequencing） 是一种研究miRNA 靶标的新型高通量测序技术,其主要通过对miRNA 所结合并降解的信使RNA（mRNA）产物进行 高通量测序,再用生物信息学方法确定miRNA 的靶标mRNA。目前该测序技术已广泛应用于植物发育过程以及不 同胁迫条件处理下的调控研究。综述了降解组测序技术的原理、相关的分析软件及其在植物miRNA 靶标研究工作 中的进展,以期为深入研究植物基因调控机制提供有利的条件。     

运用Solexa高通量测序法鉴定日本血吸虫miRNAs

运用Solexa高通量测序法对日本血吸虫成虫以及14 d童虫小RNA进行测序,结果共鉴定出34条miRNAs,其中保守miRNAs16条,日本血吸虫特有的miRNAs 18条。该法避免传统克隆方法烦琐的程序,具有成本低,效率高的特点。     

高通量测序技术在植物转录组研究中的应用

新一代高通量测序技术相比于传统测序技术具有周期短、准确性高及成本低等优点,目前已广泛应用到植物转录组的研究中。对已完成全基因组测序的物种进行转录组测序,可得到基因表达差异、基因结构优化、可变剪接、单核苷酸多态性等分析结果并发现新基因。对无参考基因组的物种进行转录组测序,通过de nove从头组装,最终拼装出该物种的单一基因序列转录组数据集,为植物分子生物学的研究提供更多数据依据。     

高通量测序技术在土壤微生物方面的研究进展

高通量测序技术是现今针对土壤微生物研究的主要生物技术。本文从物种多样性、结构多样性、功能多样性以及遗传多样性4个方面来对目前高通量技术在土壤微生物多样性分析研究中的进展进行阐述。并对其显露出的一些问题进行总结和展望。     

适合于高通量测序的槟榔总RNA的提取方法

为了获得能满足高通量测序要求的槟榔叶片总RNA,采用通用植物总RNA提取试剂盒和异硫氰酸胍-苯酚法提取槟榔叶片的总RNA。结果表明:异硫氰酸胍-苯酚法提取的总RNA完整性好、纯度高,通用植物总RNA提取试剂盒不能从槟榔叶片中提取完整的总RNA;70℃,10 min的热处理会导致槟榔总RNA的降解,苯酚/氯仿抽提能得到高纯度、完整性好的总RNA;总RNA质量浓度达到979 mg·L-1,OD260/OD280=1.98,OD260/OD230=2.31,能满足转录组高通量测序的要求。     

高通量测序技术在植物病毒分类中的应用

植物病毒寄生可引起植物病毒病,甚至对植物造成毁灭性伤害.高通量测序技术(high-throughput sequencing, HTS)提供了一种快速、低成本、深度测序的解决方案,在病毒鉴定、新病毒检测和病毒基因组多样性等研究中具有优势,促进了植物病毒分类的研究.本文概述了HTS技术检测病毒的进展、在植物病毒学领域应用案例和该方法检测病毒的优缺点,旨在说明HTS技术对病毒鉴定、新病毒发现和病毒分类的重要贡献,提出新病毒检测和鉴定是亟待解决的问题,为植物病毒病的预防提供参考.     

玛瑙红樱桃病毒病小RNA的高通量测序检测

为玛瑙红樱桃病毒病的防治与控制提供参考,采用第2代测序技术对玛瑙红樱桃黄化叶片进行小RNA测序,利用Velet对获得的小RNA进行组装,再将得到的重叠群(contigs)与数据库比对寻找其中的病毒序列。结果表明:贵州省玛瑙红樱桃纳雍县样本中的候选病毒库中,樱桃小果病毒2比对到的reads有6 014条,占总参考序列mapped reads的75.62%,其樱桃产区存在樱桃小果病毒2;在福泉、六枝产区未检出。贵州省玛瑙红樱桃部分产区存在病毒病,病原较单一,部分产区樱桃黄化症状不是由病毒引起。     

非编码RNA检测技术的研究进展

非编码RNA（non-coding RNA,ncRNA）广泛存在于生物体中,不编码蛋白质,以RNA的形式在许多生命过程中发挥着重要的作用。随着越来越多ncRNA生物学功能的揭示,检测ncRNA在不同生理和病理状态下表达谱的变化,已迅速成为研究的热点。为了将ncRNA更好地应用于农业生产和生物医学研究,笔者对ncRNA最新检测技术的原理与应用进行了综述。     

植物微小RNA（microRNA）研究进展

真核细胞中存在大量的非编码RNA,～22nt的小RNA是其中一类非常重要的调控RNA,主要包括siRNA和miRNA两种类型,二者均由类似RNaseⅢ的核酸内切酶一Dicer加工产生,随后进入沉默复合体抑制靶基因表达。miRNA分子与siRNA类似,但miRNA的前体在基因组上具有独立的转录单位,可自身折叠成发卡结构,其靶基因主要是与器官发生及生长发育相关的转录因子以及调控蛋白。miRNA在生物生长发育的各个时期都扮演着重要的角色,调控许多重要的生物途径,处于基因调控网络的核心位置。     

基于高通量测序的技术检测梨树病毒

【目的】 研究运用基于高通量测序的技术检测梨树病毒,为梨树病毒的检测提供新方法。【方法】 于2014年、2017年、2018年4月中旬采集库尔勒香梨花朵若干,分别进行转录组测序,将得到的序列经过转录本拼接、层次聚类和基因功能注释,筛选出注释为植物病毒的序列作为候选病毒序列。利用RT-PCR方法检测随机采集的香梨枝条样品,验证高通量测序结果的可靠性。【结果】 根据3组转录组测序数据的生物信息学分析结果,分别对注释为来源于植物病毒的66、202和921条基因序列进行分析。3种梨树中已报道的病毒,分别是苹果茎痘病毒、苹果茎沟病毒和苹果褪绿叶斑病毒,以及梨树中未报道的芸薹黄化病毒。采用设计的特异性引物,通过RT-PCR技术对筛选出的4种病毒进行扩增验证,结果扩增出苹果茎痘病毒和苹果茎沟病毒的目的片段。【结论】 高通量测序技术可作为检测梨树病毒的一种快速、有效手段。     

Identification of Viruses Infecting Peppers in Guangdong by Small RNA Deep Sequencing

【Objective】 The viral disease is one of the major diseases of pepper production in Guangdong Province. The disease incidence is generally 5%-30% in the field, which can up to 100% in serious field. The objective of this study is to identify virus species infecting pepper in Guangdong Province, and to provide a theoretical basis for the prevention and control of pepper virus disease. 【Method】 From 2013 to 2016, a total of 125 susceptible pepper plant samples were collected from 8 major pepper growing areas of Guangzhou, Foshan, Huizhou, Jiangmen, Meizhou, Zhanjiang, Maoming and Shaoguan in Guangdong Province. Total RNA was extracted respectively from the leaves of 125 pepper samples. The 7 mixed samples collected from Maoming, Meizhou and Shaoguan were analyzed by small RNA deep sequencing. According to the results of small RNA deep sequencing analysis, two pairs of specific primers of each virus were designed to RT-PCR. The first pair of specific primers was designed according to the sequences of spliced gene fragments from small RNA deep sequencing. The second pair of specific primers was designed according to the conserved region sequences of viral genome in the GenBank database with the highest homology to sequences of spliced gene fragments from small RNA deep sequencing. Using disease samples RNA involved in small RNA deep sequencing as a template, the RT-PCR amplification was carried out with the two pairs of primers. Based on RT-PCR amplification results, the better pair of specific primers of each virus was selected. Furthermore, all 125 samples collected from Guangdong Province were subjected to detect viruses with the better pair of specific primers by RT-PCR. 【Result】 Fourteen viruses were identified in 125 samples collected from major pepper growing areas in 8 cities of Guangdong Province. According to the order of detection rate from high to low, they were Pepper mild mottle virus (PMMoV) (44.0%), Bell pepper endornavirus (BPEV) (32.8%), Tobacco mild green mosaic virus (TMGMV) (31.2%), Chilli veinal mottle virus (ChiVMV) (29.6%), Pepper vein yellow virus 1 (PeVYV-1) (26.4%), Pepper veinal mottle virus (PVMV) (25.6%), Cucumber mosaic virus (CMV) (18.4%), Chilli ringspot virus (ChiRSV) (16.8%), Pepper vein yellow virus 6 (PeVYV-6) (16.8%), Potato virus Y (PVY) (15.2%), Capsicum chlorosis virus (CaCV) (14.4%), Broad bean wilt virus 2 (BBWV-2) (9.6%), Pepper cryptic virus 1 (PCV1) (8.8%), Tobacco mosaic virus (TMV) (4.0%). The detection rates of PMMoV, BPEV, TMGMV, ChiVMV, PeVYV-1 and PVMV were over 25%. PMMoV, ChiVMV and PVMV were widely distributed in Guangdong Province. PMMoV (except Maoming), ChiVMV (except Shaoguan) were detected in pepper producing areas of other 7 cities. PVMV was detected in pepper producing areas of 8 cities. According to detection rate and distribution range, it was concluded that PMMoV, ChiVMV and PVMV were the dominant viruses infecting pepper in Guangdong Province. The mixed infection phenomenon was common on peppers in Guangdong Province. The detection rate of mixed infection was up to 88.0% in 125 samples. Among them, the mixed detection rates of 2 kinds, 3 kinds, 4 kinds, 5 kinds, 6 kinds, 7 kinds and 8 kinds of viruses were 28.0%, 25.6%, 12.0%, 9.6%, 6.4%, 1.6%, 2.4%, respectively. So, 2 kinds and 3 kinds of viruses mixed infection were the main infection forms on peppers in Guangdong Province. 【Conclusion】 There are 14 kinds of viruses endangering pepper plants in Guangdong Province, among which PMMoV, ChiVMV and PVMV are the dominant viruses. The phenomenon of mixed infection is common. The main infection forms on peppers are 2 kinds and 3 kinds of viruses mixed infection in Guangdong Province.     

基于小RNA深度测序技术鉴定侵染广东辣椒的病毒种类

【目的】病毒病是广东省辣椒生产上主要病害之一,田间病株率一般为5%—30%,严重时可达100%。本研究旨在探明危害广东辣椒的病毒种类,为辣椒病毒病的防控提供理论依据。【方法】2013—2016年,从广东省广州、佛山、惠州、江门、梅州、湛江、茂名和韶关8市辣椒主要种植区采集疑似病毒病辣椒样品125份,分别提取每份辣椒病样总RNA,对从茂名、梅州、韶关3市采集的病样按地点和症状混合成7份混合病样进行小RNA深度测序分析,根据小RNA深度测序分析结果,对每种病毒分别根据小RNA深度测序拼接的基因片段序列和GenBank数据库中与该拼接序列同源性最高的病毒基因组序列保守区设计2对特异性引物,以小RNA深度测序的病样RNA为模板进行RT-PCR扩增,根据扩增效果对引物进行筛选,进一步应用筛选出的引物,对采集于广东省的125份辣椒病样分别进行RT-PCR检测,根据检测结果明确危害广东辣椒的病毒种类。【结果】从采集于广东省8市的辣椒主要种植区的125份病样中检测到14种病毒,按照检出率从高到低依次为辣椒轻斑驳病毒（Pepper mild mottle virus,PMMoV）(44.0%）、甜椒内源RNA病毒（Bell pepper endornavirus,BPEV）（32.8%）、烟草轻型绿花叶病毒（Tobacco mild green mosaic virus,TMGMV）（31.2%）、辣椒脉斑驳病毒（Chilli veinal mottle virus,ChiVMV）（29.6%）、辣椒黄脉病毒1（Pepper vein yellow virus 1,PeVYV-1）（26.4%）、甜椒斑驳病毒（Pepper veinal mottle virus,PVMV）（25.6%）、黄瓜花叶病毒（Cucumber mosaic virus,CMV）（18.4%）、辣椒环斑病毒（Chilli ringspot virus,ChiRSV）（16.8%）、辣椒黄脉病毒6（Pepper vein yellow virus 6,PeVYV-6）（16.8%）、马铃薯 Y 病毒（Potato virus Y,PVY）（15.2%）、辣椒褪绿病毒（Capsicum chlorosis virus,CaCV）（14.4%）、蚕豆萎蔫病毒2号（Broad bean wilt virus 2,BBWV-2）（9.6%）、辣椒隐症病毒1（Pepper cryptic virus 1,PCV1）（8.8%）、烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）（4.0%）。其中,PMMoV、BPEV、TMGMV、ChiVMV、PeVYV-1和PVMV 6种病毒的检出率在25%以上,但PMMoV、ChiVMV和PVMV分布广泛,PMMoV除了茂名外,ChiVMV除了韶关外,其他7市辣椒产区均有分布;PVMV广泛分布于8市辣椒产区,根据检出率和分布范围,得出PMMoV、ChiVMV和PVMV是危害广东辣椒的优势病毒。同时发现,广东辣椒上多种病毒复合侵染现象普遍,在本研究125份病样中病毒复合侵染率达到88.0%,其中2种、3种、4种、5种、6种、7种和8种病毒复合侵染检出率分别为28.0%、25.6%、12.0%、9.6%、6.4%、1.6%和2.4%,由此可知,2种和3种病毒复合侵染是主要侵染形式。【结论】危害广东辣椒的病毒有14种,其中PMMoV、ChiVMV和PVMV为优势病毒,且复合侵染普遍,2种和3种病毒复合侵染是主要侵染形式。     

用小RNA深度测序鉴定广西冬种马铃薯病毒

【目的】对广西冬种马铃薯病毒进行鉴定,为无病毒种薯选择和大田防治提供依据。【方法】2012年在马铃薯主要产区采集具有明显病毒病症状的样品,在血清学ELISA检测的基础上,进一步用小RNA深度测序对按症状分类的样品进行混合样本的病毒种类鉴定,再用RT-PCR方法对分组混合样本进行验证。【结果】在109个样本中检测到马铃薯卷叶病毒（Potato leafroll virus,PLRV）、马铃薯A病毒（Potato virus A,PVA）、马铃薯H病毒（Potato virus H,PVH）、马铃薯M病毒（Potato virus M,PVM）、马铃薯S病毒（Potato virus S,PVS）、马铃薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）和马铃薯纺锤块茎类病毒（Potato spindle tuber viroid,PSTVd）,同时发现PVS有丰富的株系分化。【结论】近年广西冬种马铃薯病毒种类增多,病症多样,亟需加强种薯管理,培育无毒健康种薯。     

植物中依赖于RNA的RNA聚合酶研究进展

依赖于RNA的RNA聚合酶(RDR)能够以单链RNA为模版合成互补RNA链,产生双链RNA。双链RNA在细胞内被类似RNaseⅢ的酶DCL加工成20～24 nt的小分子干扰RNA(siRNA)。siRNA可以在转录水平或转录后水平抑制靶基因的表达。RDR通过基因沉默途径参与植物的生长发育调节、逆境应答以及表观遗传修饰等许多生物学过程。加深对植物RDR表达模式、生化活性及生物学功能等方面的理解将有利于植物基因沉默的发展和运用。     

Identification of Zinc Deficiency-Responsive MicroRNAs in Brassica juncea Roots by Small RNA Sequencing

The importance of zinc （Zn） as a micronutrient essential for plant growth and development is becoming increasingly apparent. Much of the world’s soil is Zn-deficient, and soil-based Zn deficiency is often accompanied by Zn deficiency in human populations. MicroRNAs （miRNAs） play important roles in the regulation of plant gene expression at the level of translation. Many miRNAs involved in the modulation of heavy metal toxicity responses in plants have been identiifed;however, the role of miRNAs in the plant Zn deifciency response is almost completely unknown. Using high-throughput Solexa sequencing, we identiifed several miRNAs that respond to Zn deifciency in Brassica juncea roots. At least 21 conserved candidate miRNA families, and 101 individual members within those families, were identiifed in both the control and the Zn-deifcient B. juncea roots. Among this, 15 miRNAs from 9 miRNA families were differentially expressed in the control and Zn-deifcient plants. Of the 15 differentially expressed miRNAs, 13 were up-regulated in the Zn-deifcient B. juncea roots, and only two, miR399b and miR845a, were down-regulated. Bioinformatics analysis indicated that these miRNAs were involved in modulating phytohormone response, plant growth and development, and abiotic stress responses in B. juncea roots. These data help to lay the foundation for further understanding of miRNA function in the regulation of the plant Zn deifciency response and its impact on plant growth and development.     

核内小RNA的研究进展

针对目前分子生物学研究比较热的核内小RNA进行了综述,分别介绍了核内小RNA的发现、主要特征、作用机制、真核生物原核生物和病毒体内的核内小RNA和对核内小RNA的研究技术进行展望。     

高通量测序技术在农业研究中的应用

随着高通量测序技术的不断发展和测序成本不断降低,高通量测序近几年在现代农业研究领域中得到了充分应用,为新品种选育和品质改良带来了新的科研方法和解决方案,加快了新品种的育种进程。高通量测序技术的主要应用方向包括对农作物和栽培品种进行全基因组从头测序和深度重测序、遗传差异分析、分子标记开发、遗传连锁分析、表观遗传分析和转录组分析等。本文系统阐述了近几年高通量测序技术在农业研究中的应用进展,展示高通量测序在现代农业研究领域的广泛应用前景。