单细胞转录组测序技术的研究与应用

传统的转录组测序技术对于群体细胞,最终反映的是基因在群体细胞中的平均表达水平,掩盖了不同细胞之间的表达特异性,而单细胞转录组测序技术是通过对植物或动物组织的单个细胞进行转录组测序分析,了解每个细胞的代谢产物、表达基因,进而对相应的组织进行统计学分析,达到细胞分类、生长衍化、生理病理分析研究的目的。随着近几年多种针对单细胞RNA测序数据的分析工具被陆续开发出来,单细胞转录组测序技术在生物科学研究中的应用也日益广泛。本研究对当前较为普及的单细胞测序技术的方法、流程、数据分析及应用进行总结整理,介绍了近几年的单细胞测序技术在动、植物组织中的研究及应用,以期为更好的利用单细胞测序技术提供参考依据。     

植物单细胞分离与转录组学分析研究进展

细胞异质性是多细胞生物体中普遍存在的现象.通过分离单细胞,并对其进行转录组分析,有助于准确而深入地理解细胞分化、信号转导等生物学过程及相关的基因调控网络.目前动物细胞的相关研究已取得显著进展,而植物由于存在细胞壁,显著增加了细胞分离的难度及基因表达数据的准确度,限制了植物单细胞转录组测序的研究进展.本研究综述了几种有较...     

单细胞测序技术发展及其在作物研究中的应用

作物同一组织中的细胞往往被认为是具有相同状态的功能单位,传统的检测手段分析的是细胞群体的总体平均反应。而单细胞测序是在单个细胞水平对基因组或转录组进行测序分析的技术,通过对单个细胞的DNA或RNA进行测序,表明组织系统层面的功能是由异质性细胞构成的,在解决生物异质性和生物材料的低获取量等问题上具有独特优势,极大改变了人们对许多生物现象的理解。本综述概括了当前单细胞测序技术发展、测序原理、测序流程以及在作物研究中的应用,并对当前已经取得成果的应用领域进行了阐述,以期为作物单细胞测序的研究与应用提供参考。     

高山杜鹃转录组测序及MYB转录因子家族分析

MYB转录因子是植物中最大的一类转录因子家族,参与调控植物的生长发育、次生代谢、逆境胁迫等生物学过程.目前,关于高山杜鹃MYB转录因子的研究尚未见报道.本研究利用SMRT高通量测序技术对高山杜鹃品种'富丽金陵'进行转录组测序,得到了15.37 Gb数据,通过去冗余获得75002条转录本序列.其中,71155、33653、30359条转录本分别在NR、GO、COG数据库中具有匹配信息.基于高山杜鹃转录组数据,鉴定了64个转录因子家族,其中MYB基因有220个.根据结构特性将MYB基因分为4类:1R-MYB、R2R3-MYB、R1R2R3-MYB和4R-MYB,其氨基酸序列包含20种保守元件.进化树分析结果显示,高山杜鹃MYB基因分为28个亚组.研究采用单分子实时测序技术(single molecule real time,SMRT)对高山杜鹃品种'富丽金陵'转录组进行测序,将获得的转录本序列进行功能注释和分类,对获得的220个MYB基因进行生物信息学进行分析,相关结果具有一定参考意义.     

转录组测序技术在植物水淹胁迫研究中的应用

水淹胁迫是植物遭受的主要非生物胁迫之一,对作物生长发育、产量、品质等都会带来严重影响,全面解析植物的耐涝机制,对选育耐涝品种具有重要意义。高通量转录组测序技术以其数字化信息、高灵敏度、广泛的检测范围及重复性好等优点,已被广泛用于生物体的多种功能研究。目前在水稻、玉米、油菜、黄瓜、大豆等多个物种中,已有从转录水平分析植物对水淹胁迫的分子响应机制相关研究报道,这对于深度解析植物耐涝的分子响应机制和加快作物耐涝品种选育具有重要意义。但目前尚未有转录组测序技术在植物水淹胁迫应用方面的综述。因此,本研究着重综述了植物水淹胁迫测序组织及时间点选择、各阶段基因表达水平、GO功能富集、小RNA的功能特征几个方面,并展望了新一代测序技术在植物抗逆机理研究中的应用前景。     

桐花树叶片的转录组分析

为了进一步了解桐花树耐盐的分子机制,本研究采用Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对桐花树叶片转录组进行测序,经de novo组装后获得73 721个Unigenes,进一步利用7个公共数据库(NR, NT,GO, COG, KEGG, SwissProt和InterPro)进行比对,注释了50 338个Unigenes。结果表明,有34 991个Unigenes参与到136条KEGG通路上,其中在花青素和类黄酮合成途径中的Unigenes分别有49个和176个,这些基因可能参与了桐花树应对逆境的调控过程;此外,从转录组序列中搜索到34 509个SSR位点,其中二碱基重复出现次数最多,出现频率为65.75%;从转录组的数据中预测到了2 255个转录因子,分属于58个家族。本研究结果为桐花树的基因功能分析、分子标记开发和遗传多样性研究提供一定的理论参考。     

基于RNA-Seq的彩色马铃薯MYB转录因子家族分析

植物MYB转录因子是功能多样、数量众多的转录因子之一,对植物的生长发育和代谢调控起着极其重要的作用.本研究基于彩色马铃薯块茎转录组测序数据,对彩色马铃薯发育过程中MYB转录因子基因进行筛选,并对其保守结构域、亚细胞定位进行分析;同时利用TMEV软件对其中R2R3-MYB转录因子的差异表达进行分析,并对差异显著的R2R3-MYB转录因子进行功能预测.结果 表明,基于转录组测序数据,筛选得到143个彩色马铃薯MYB类转录因子基因,根据结构特征分为4大类:1R-MYB、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB;亚细胞定位结果显示,138个MYB转录因子定位于细胞核,4个定位于细胞膜,1个定位细胞质;保守域分析显示,R2R3-MYB类转录因子的保守基序为R2、R3;彩色马铃薯R2R3-MYB转录因子基因在不同时期差异表达,其中上调表达10个、下调表达5个;根据GO富集性分析,共注释到6个和花青素相关的R2R3-MYB转录因子,本研究为下一步彩色马铃薯花青素合成相关MYB基因生物学功能和代谢调控机制的研究提供参考.     

基于二代和三代转录组测序揭示甘蔗重要亲本对黑穗病菌侵染的响应机制

黑穗病是甘蔗生产中的主要病害,严重影响甘蔗产量。解析甘蔗重要亲本与黑穗病菌相互作用的分子机制及筛选抗病基因对抗黑穗病优良品种的培育具有重要意义。本研究选用我国甘蔗育种中的重要亲本新台糖ROC25(抗黑穗病)及其姊妹系ROC22(感黑穗病)为研究对象,采用单分子实时测序技术(三代测序)和二代转录组测序技术分析和鉴定2个亲本感染黑穗病菌后的转录组谱及差异转录本。三代转录组测序分析共获得79,885条转录本序列,其中含60,115条完整开放阅读框、3692个可变剪接事件、1799个LncRNA、29,139个SSR和7794个转录因子,共有74,066个转录本得到注释,占总数的92.72%。通过对二代测序数据分析,在抗病亲本中筛选出9716个差异转录本,在感病亲本中筛选出2033个差异转录本。差异转录本的GO和KEGG富集分析结果表明抗病亲本中共富集到的GO条目和KEGG通路均要多于感病亲本,且植物MAPK信号通路、苯丙素生物合成、植物-病原互作、亚油酸代谢和蔗糖和淀粉代谢等代谢通路在抗感亲本中均被显著富集,为抗感亲本对黑穗病的共同抗病途径。进一步,对植物MAPK信号通路的分析表明,MAPK...     

基于RNA-Seq的彩色马铃薯MYB转录因子家族分析

植物MYB转录因子是功能多样、数量众多的转录因子之一,对植物的生长发育和代谢调控起着极其重要的作用.本研究基于彩色马铃薯块茎转录组测序数据,对彩色马铃薯发育过程中MYB转录因子基因进行筛选,并对其保守结构域、亚细胞定位进行分析;同时利用TMEV软件对其中R2R3-MYB转录因子的差异表达进行分析,并对差异显著的R2R3-MYB转录因子进行功能预测.结果 表明,基于转录组测序数据,筛选得到143个彩色马铃薯MYB类转录因子基因,根据结构特征分为4大类:1R-MYB、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB;亚细胞定位结果显示,138个MYB转录因子定位于细胞核,4个定位于细胞膜,1个定位细胞质;保守域分析显示,R2R3-MYB类转录因子的保守基序为R2、R3;彩色马铃薯R2R3-MYB转录因子基因在不同时期差异表达,其中上调表达10个、下调表达5个;根据GO富集性分析,共注释到6个和花青素相关的R2R3-MYB转录因子,本研究为下一步彩色马铃薯花青素合成相关MYB基因生物学功能和代谢调控机制的研究提供参考.     

高通量测序技术及其在农业科学研究中的应用

高通量测序是DNA测序技术发展中的重大突破,它的出现为现代农业科学的研究提供了前所未有的机遇。总结了以454、Solexa和SOLiD为代表的第二代高通量测序技术的原理以及HeliScope和Pacific Biosciences SMRT为代表的单分子测序技术的最新进展。在此基础上,归纳了高通量测序技术在基因组测序、转录组测序、小分子RNA及数字化基因表达谱等研究领域在农业研究中的应用。最后,指出了当前高通量测序技术的特点并对其在今后研究中的发展方向进行了展望。     

转录组学及其在蔬菜学上应用研究进展

介绍了转录组学的主要技术方法及其原理,并对转录组学在蔬菜及其他植物上的应用做了分析。认为研究转录组学可克服蔬菜基因组数据匮乏的障碍,弄清楚蔬菜特定基因的结构及其在抗逆、抗病等过程中的作用。研究表明,当前转录组学方法主要基于杂交技术或者测序技术,代表性方法有基因芯片、SAGE(serial analysis of gene expression)、MPSS(massively parallel signature sequencing)、RNA-Seq(RNA-sequencing)等;转录组学可用于了解蔬菜抗逆、抗病分子机制,证明特定基因表达情况,但是如何快速测序以及科学分析成为制约其发展的瓶颈因素。因此,笔者认为转录组学在论证分子机制时需要谨慎,更需要借助蛋白组学、生物信息学等方法综合验证;但是,以转录组学为代表的前沿生物学理论应更多地应用于蔬菜学这门古老学科。     

高通量测序技术在乳制品微生物多样性中的研究进展

高通量测序技术,以能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定为标志,目前已广泛应用于各个领域。为了阐明高通量测序技术在乳制品微生物多样性研究中的应用前景,本文归纳介绍了Solexa、454、SOLID和Ion Torrent等常用高通量测序技术的原理和优点,综述了近年来高通量测序技术在乳制品微生物物种多样性的研究进展,指出了高通量测序结果中处理海量数据难的问题,并分析展望了高通量测序技术在乳制品微生物多样性中的发展趋势。     

基于高通量测序的天目铁木转录组分析

天目铁木为中国特有的珍稀濒危植物,5株原生株分布在浙江西天目山.随着环境条件的不断恶化,对濒危植物的保护变得尤为重要,从20世纪80年代初开始对天目铁木开展研究,然而到目前为止对于天目铁木分子生物学和基因功能方面的研究仍旧较少.为了获得天目铁木的基因数据和初步了解基因功能,本研究利用Illumina Hiseq高通量测...     

基于转录组测序的苦瓜热激蛋白相关基因分析

为获得苦瓜叶片高温胁迫状态下表达的相关基因,本研究以高温胁迫下苦瓜叶片为实验材料,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术对正常温度(26℃)和高温胁迫(38℃)下苦瓜叶片转录测序后进行组装,再利用KEGG、Pfam、Swiss-Prot和NR数据库平台对热激蛋白的相关功能基因筛选,共获得24个热激蛋白相关基因,包括得20个热激蛋白基因、2个位于叶绿体中的小热激蛋白以及2个热激转录因子。聚类分析研究表明,涉及到热激蛋白相关的20个Unigene广泛分布于3大类中,其中c42567和c43094这两个亲缘关系最近;两个小热激蛋白c42963和c12133的亲缘关系次之;c35683和c3040两个热激转录因子亲缘关系最远。通过本次研究中获取的24个热激蛋白相关Unigene信息,有助于深入研究苦瓜耐高温胁迫机理等提供数据信息。     

植物响应低温胁迫转录组测序研究进展

低温胁迫是限制植物生长发育和地理分布最主要的环境因子之一,影响植物细胞膜系统、抗氧化系统、光合作用、次生代谢等诸多方面,对农业生产和发展有严重影响。因此,揭示作物在冷胁迫下的生理及分子机制是十分必要的,这有助于培育耐寒作物品种,从而减少生产损失,扩大作物种植面积,具有重要的生产价值和经济效益。目前,基于RNA-seq技术进行植物低温胁迫分子机制深度解析在拟南芥、水稻、油菜、茶树、小麦、烟草、高粱等重要作物上得到了发展应用。本研究综述了近年来植物在低温胁迫或低温适应过程中的转录组学研究现状,以期为高通量测序技术在植物抗性研究方面提供方法借鉴和理论基础。     

NaCl胁迫下柳树的转录组测序与初步分析

从组学水平分析盐胁迫下柳树内在分子机制,为柳树耐盐研究及耐盐基因的挖掘利用提供理论依据。本研究通过转录组测序技术对‘盐柳1号’(Salix psammophila’Yanliu No.1’)和‘渤海柳1号’(Salix matsudana’Bohailiu No.1’)经150 mmol/L NaCl胁迫处理后的叶片和正常叶片(对照)进行高通量转录组测序,并对获得的unigene进行从头组装和注释分析。结果表明:转录组测序共获得183987条Unigenes,平均长度为1080.18 bp,分别有120130条、140813条、98066条、88425条、47982条、83732条Unigenes被注释到NT、NR、COG、SwissProt、KEGG、COG和GO数据库,共有149864条(81.45%)Unigenes得到注释。在GO功能注释中,共得到55个GO功能小类,在KEGG代谢通路分析时,获得了135条KEGG通路。该转录组测序数据质量高,结果覆盖面广,为柳树耐盐基因挖掘和研究提供了一定的理论参考。     

贵州山核桃转录组文库构建与测序

为探讨贵州山核桃(Carya cathayensis Sarg.)转录组功能基因信息,首次使用Illumina Hiseq 2500平台对贵州山核桃进行转录组测序分析,共获得43241968个reads片段。经序列组装共计获得98117条unigene,总长度高达80841463 bp,74.22%的unigene长度集中在1~1000 bp之间。功能注释结果显示,有58464个unigene在NR数据库获得注释,注释到葡萄科的占总的unigene 28.7%。另外对获得注释的序列信息进行初步分析,选取生物学特征重要基因(生长相关基因)和油脂合成相关基因进行初步筛查,分别获得15个和16个基因,填补了贵州山核桃转录组功能基因信息空白,为进一步开展贵州山核桃重要品质基因挖掘和功能标记开发奠定了重要的分子基础。     

简化基因组测序技术在植物遗传分析中的应用

简化基因组测序(Reduced-representation Genome Sequencing,RRGS)是在二代测序的基础上发展起来的一种基于酶切手段对特定区域进行测序从而降低基因组复杂度的技术。此方法步骤简单,成本低廉,且不依赖参考基因组,便可获得全基因组水平的分子标记。本文总结了简化基因组测序的发展历程及其主要技术种类,归纳了简化基因组测序技术在植物遗传图谱构建、数量性状位点定位及群体遗传学分析等方面的应用价值。同时,提出了简化基因组目前在群体遗传学等分析中存在的缺陷及不足,以期为植物在遗传进化,性状定位等方面的研究手段提供参考。