作物基因编辑效果可视化鉴定软件

CRISPR编辑系统结合高通量测序,可实现高效评估基因编辑效率和准确度,并在遗传学、生物学、医学等多个领域得到广泛应用。然而,高通量测序数据缺乏一个一键流程化界面工具来实现突变效率和准确度的评估。为此,开发了一个基于Python的可视化工具——作物基因编辑效果可视化鉴定软件。该软件可对高通量基因编辑数据进行批量计算,可一键实现数据的预处理(拆分和合并)、突变类型和效率的检测和可视化图表输出。该软件提供了界面化程序,用户只需鼠标点击即可实现数据的导入和结果的输出。分析结果以多种格式输出,图像支持缩放和颜色更改,方便后期结果整理和撰写论文。此外,该软件安装使用简单,并支持多操作系统(Windows、Linux和MacOS)使用。目前该软件的使用手册和程序包已上传到开放软件平台,方便下载和使用。     

猪传染性胃肠炎病毒SC-Y株全基因组克隆及特性分析

    参考Genebank上收录的PUR46-MAD株(NC-002306)、TS株(DQ201447)和Purdue-115株(Z34093)核苷酸序列,设计并合成16对引物,应用RT-PCR技术成功地分16个片段扩增了猪传染性胃肠炎病毒(TGEV)SC-Y株全长基因组序列,将这16个基因片段克隆,并测定其核苷酸序列.应用生物软件BioEdit对各测序结果进行序列拼接,确认SC-Y株基因组全长cDNA 28590 bp(GenBank收录号DQ443743),共包含7个开放阅读框.基因组5'端非编码区长315 nt,3'端非编码区长277 nt.与Miller M60株、Miller M6株和TS株相比,SC-Y株S基因缺失6个碱基.通过构建结构蛋白基因(S、sM、M和N)系统进化树,结果表明,SC-Y株可能与美国Purdue株来源于共同的祖先病毒.密码子偏爱性分析结果认为猪传染性胃肠炎病毒对以T和A结尾的密码子表现轻微的偏爱性,病毒基因表达选择酵母等真核系统可能更为合适.     

药用植物基因组学研究进展

药用植物代表了最古老的药物形式,在许多国家的传统医学中使用数千年.药用植物是重要的自然资源,发展中国家高达80％的人口主要依赖植物来源的药物,全世界对草药的需求正在逐年递增,预计到2050年将达到5万亿美元,药用植物及其衍生物的大规模生产是不可避免的发展趋势.现代测序技术的飞速发展促进了药用植物基因组学的研究,基于基因组学的跨学科研究以及DNA和RNA、代谢组学和蛋白质组学的高通量数据分析,药用植物在代谢途径/酶、代谢物、基因、基因网络和蛋白质-蛋白质相互作用等研究领域取得突破.结合本团队相关研究工作对药用植物基因组学的最新研究进展进行综述,涉及利用结构基因组学和功能基因组学揭示各种药用植物的基因组序列信息、物种间进化、分子化合物动态变化以及药用成分合成等方面,这些数据为重要药材资源的分子辅助育种、基因组编辑以及对活性化合物化学多样性分子机制的理解提供了重要的理论基础.许多药材的植物化学成分和潜在的健康益处尚未得到研究或仍需要更深入地研究,药用植物的未来充满未知、希望,甚至惊喜.鉴于物种的多样性、环境因素的复杂性以及药用植物的全球分布,结合基因组学加强研究工作以开发新的和改良的药用植物品种势在必行.     

乳苣叶绿体基因组特征及其系统发育分析

乳苣（Mulgedium tataricum）为菊科（Compositae）乳苣属（Mulgedium）植物,该物种含有天然黄酮类化合物,具有清热解毒、抗肿瘤、抗氧化等作用。叶绿体基因组中含有大量功能基因,在物种鉴定及系统发育中具有重要作用。采用高通量测序技术获得乳苣全长叶绿体基因组序列,并与NCBI已公布的32个菊科物种及拟南芥（Arabidopsis thaliana）的叶绿体基因组进行了系统发育分析。结果显示,乳苣叶绿体基因组大小为152 401 bp,呈现出典型的环状四分体结构,其包含有一对反向重复序列区（IRa和IRb）、大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）,它们的长度分别为25 010、83 833和18 548 bp。共注释得到132个基因,其中包含8个rRNA基因、37个tRNA基因和87个mRNA基因;SSR位点分析发现,基因组序列中含有21个散在重复序列和197个串联重复序列。边界分析表明,乳苣与其他5个菊苣族物种在边界基因上存在一定差异,且6个菊苣族物种在IR/SC区出现明显扩张和收缩。系统进化分析将菊科14个属的33个物种被聚为两个分支：第一分支包括乳苣属（Mulgedium）、莴苣属(Lactuca)、蒲公英属(Taraxacum)、苦苣菜属(Sonchus)、香青属(Anaphalis)、火绒草属(Leontopodium)、茼蒿属(Chrysanthemum)、蒿属(Artemisia)、紫菀属(Aster)和向日葵属(Helianthus),其中乳苣属和莴苣属的亲缘关系最近;第二分支包括蓟属（Cirsium）、红花属（Carthamus）、风毛菊属（Saussurea）和苍术属（Atractylodes）。研究结果为乳苣属植物的物种鉴定、系统进化及资源开发利用等奠定新的证据和材料基础。     

核盘菌基因组微卫星序列分析

利用已经公布的核盘菌基因组测序结果,对已有的核盘菌基因组中SSR的类型、大小及分布等数据进行统计分析.在核盘菌基因组内发现1 693个SSR序列,其中出现频率最高的为6碱基和4碱基的SSR序列,分别达到577次和449次,1碱基、3碱基和5碱基的SSR则分别出现97、180、57次.其中有340个SSR序列出现在308个基因内.大多数基因(284个基因)都只含有1个SSR,占含SSR基因总数的92.21％; 17个基因中含有2个SSR,6个基因中含有3个SSR,含4个SSR的基因只有1个.在基因序列内,出现最多的是3碱基与6碱基的SSR,这表明较之基因间区,在选择压力下基因内SSR多趋向于密码子的整数倍,这与其他物种的分析结果一致.为了解含有较多SSR序列与核盘菌基因功能的关系,将含2个以上SSR的基因预测蛋白序列根据NCBI网站CDD软件进行比对发现,24个基因只有6个具有保守的蛋白结构域,且这些结构域多与转录、DNA修复有关.     

稻瘟病菌阅读框架中SSR频率、分布及所在基因功能

 在对稻瘟病菌基因组中SSR分布进行了系统分析的基础上，对由1～6个碱基为重复单元的SSR在基因的蛋白质编码区中的分布进行了分析。结果表明，该病原菌的2 378个基因的编码区中共分布有3 240个SSR序列（标准是15 bp以上，匹配值为80％）。在已经有注释的4 732个基因中，861个基因的编码区中有SSR。编码区中的SSR以三碱基重复和六碱基重复为主，其他类型的SSR则很少在编码区中出现。SSR在这些基因中很少有保守性，表明这些基因的高度变异，或者起源是较晚的。含有SSR的基因多为转录蛋白、信号传导的细胞调节基因这一现象表明，SSR在物种形成过程中有重要作用。利用基因编码区中丰富的SSR序列信息及其变化带来的功能变化的信息，将可以在该菌功能基因组的研究中发挥十分重要的作用。     

香蕉Ran家族基因的全基因组分析

Ran是一类在多种基本细胞活动中扮演者重要角色的小GTP酶。从香蕉基因组中鉴定出9个MuRan家族基因成员,并对其染色体分布、基因结构、蛋白理化性质、结构域和系统进化等进行分析。结果表明:MuRan家族基因不均匀的分布在第1、4、5、6号等4条染色体上。MuRan蛋白与其它植物Ran蛋白的氨基酸序列都有很高的同源性,带有GTP水解结构域、Ran GAP结合结构域和酸性尾巴等Ran蛋白的典型结构域,与拟南芥AtRan蛋白亲缘关系较近。为进一步研究香蕉MuRan家族基因的生物学功能提供参考。     

猴面花miRNA及靶基因的生物信息学预测

以猴面花基因组序列为试材,通过psRobot网站进行茎环结构预测,应用blast-2.2.27+软件与rfam数据库和pfam数据库比对后去除非miRNA序列,应用bioedit分析miRNA序列及前体序列的碱基组成特点。结果表明:猴面花基因组中共发现105条成熟miRNA序列,分别属于49个不同miRNA家族;miRNA序列和其侧翼序列都存在碱基偏倚现象,miRNA5′端第1碱基和第19碱基尿嘧啶和胞嘧啶出现的频率分别为67.6%和49.5%;93个miRNA预测到了靶基因,其中有64个靶向转录因子。     

普通烟草及其祖先种基因组SSR位点分析

【目的】普通烟草(N.tabacum,2n=24Ⅱ=48 TTSS)及其2个祖先种-绒毛状烟草(N.tomentosoformis,2n=12Ⅱ=24 TT)和林烟草(N.sylvestris,2n=12Ⅱ=24 SS)基因组SSR位点信息的统计分析,有助于烟草属植物的遗传分析。【方法】从公共数据库NCBI(National Center for Biotechnology Information)中下载上述3个烟草基因组数据,应用SSRIT和TRF软件分析其各自SSR位点分布特征,每个基因组随机合成50对SSR引物扩增多态性。【结果】在绒毛状烟草基因组、林烟草基因组和普通烟草基因组中分别获得218 081、263 478和397 432个SSR总位点,其间的平均距离分别为7.52、7.78和9.06 kb。绝大部分的SSR位点分布在内含子和UTR(尤其是5′-UTR)区域;以2核苷酸和3核苷酸类型为主,占基因组内SSR位点总数目的 2/3以上,其中,2核苷酸类型丰度最高;含有A(T)n基序结构的频率及数量最高;除单核苷酸类型外,重复次数多在3—10。150对合成的引物对8个烟草种DNAs进行PCR反应,所有材料均能扩增出清晰稳定的目标片段,其中36对引物显示多态性。【结论】绒毛状烟草、林烟草和普通烟草基因组内SSR呈现一定的分布特征,表明SSR位点在亲缘关系相对较近的烟草种间具有高度保守性。     

细胞凋亡对宰后肌肉嫩化作用机理的研究进展

嫩度是决定肉食用品质的重要指标。宰后肉的嫩度发生不连续变化,严重降低了消费者的购买意愿,因此阐明宰后嫩化机理一直是肉品科学领域的研究热点。自“凋亡”的概念引入至宰后肌肉嫩化过程后一直广受关注,动物被屠宰放血后,活性氧（reactive oxygen species,ROS）大量累积,ATP（adenosine triphosphate）逐渐耗尽,必然导致细胞死亡。宰后肌细胞死亡和肌肉嫩化都是在一系列调控因子作用下激活肌肉内源酶,并由内源酶水解蛋白质破坏细胞结构,因此这两个生化过程被认为高度相关。本文综述了宰后肌细胞主要以凋亡的形式死亡,分析了除凋亡外,宰后早期产生少量ROS时细胞会通过自噬启动自身防御系统,宰后后期ATP逐渐耗尽肌细胞可能从凋亡转变为坏死;明确了线粒体通路是宰后肌肉中细胞凋亡酶激活的关键路径,线粒体死亡因子释放是细胞内死亡级联反应的总开关,其开放状态直接决定着细胞以何种途径进行死亡,并进一步从线粒体膜通透化和内膜嵴重构两方面,讨论了宰后线粒体损伤诱导凋亡因子的释放机理;综述了线粒体损伤变化及其对嫩化过程的影响,并从线粒体通过参与能量代谢影响肌肉pH以及通过释放凋亡因子调控细胞凋亡酶活性两方面分析了其潜在机理;探讨了宰后肌肉线粒体与内质网间相互作用以影响Ca²⁺信号传导以及细胞凋亡过程,或与溶酶体相互作用,破坏溶酶体膜稳定性,使其释放组织蛋白酶以激活线粒体Bax和Bid而加速线粒体膜通透性;综述了细胞凋亡酶在宰后早期被激活,并参与部分肌原纤维蛋白的有限降解,但随着宰后时间的延长,ATP逐渐耗尽等因素导致细胞凋亡酶失活,因此细胞凋亡酶只参与宰后早期的嫩化过程。综述内容可为完善宰后肌肉嫩化过程提供理论参考。