index网站制作,用网站做的简历,如何开发wordpress,辽宁省建设工程信息网电子保函前情回顾上次小编为大家讲解了四种以基因组为基础的多组学联合研究方案#xff08;基因组与转录组#xff0c;深入挖掘基因表达信息#xff1b;基因组联合代谢组与转录组#xff0c;锁定关键通路#xff1b;基因组与群体进化#xff0c;解析物种发展历程#xff1b;基因…前情回顾上次小编为大家讲解了四种以基因组为基础的多组学联合研究方案基因组与转录组深入挖掘基因表达信息基因组联合代谢组与转录组锁定关键通路基因组与群体进化解析物种发展历程基因组结合GWAS与进化探索重组遗传效应 并通过八篇高分合作文章作为经典案例进行案例概述。详情可点击→基因组学深入挖掘·研究方案上篇进行回看。相信很多老师根据上期方案概述已经有了适合自己的研究思路或是找到了自己研究中的影子但是基因组作为一种基础且必要的研究其身上的挖掘方向远远不止这些~接下来我们将精彩继续咱们接着谈谈关于基因组学研究的其他几种热点方案~方案五基因组与遗传图谱连锁分析定位性状技术介绍遗传图谱是目前最经典的功能基因定位策略主要基于高通量测序技术开发单核苷酸多态性位点SNP并计算多态性标记间的遗传连锁距离构建高密度遗传图谱最后结合性状调查对目标区域进行定位。数量性状基因座quantitative trait locusQTL是指基因组中引起数量性状变异的座位。作物的产量、质量、株型、生长发育等大多数重要经济性状及农艺性状通常都为数量性状。利用分子标记通过连锁分析进行QTL定位是遗传学中研究数量性状相关功能基因的基本手段和确定分离并分离目标基因的前提。而优质的基因组才能为性状精准定位提供有力支持。技术路线适用范围双亲杂交得到的性状分离群体包括暂时性分离群体如F1、F2、F3、BC等永久性分离群体如DH、RIL等产量、育性、花期、果实性状、抗病虫、抗盐碱、抗寒、品质、株型、性别决定、代谢物等性状定位高分案例植物案例一英文名The Coix genome provides insights into Panicoideae evolution and papery hull domestication[1] 中文名薏苡基因组为黍亚科进化及薄皮作物驯化提供新见解期刊Molecular PlantIF12.084合作单位四川农业大学主要研究内容作者以饲用薏苡 “大黑山”为研究对象利用PacBio组装了1.62 Gb的薏苡基因组contig N50达到了2.24 Mb并通过Hi-C将1.5 Gb的序列定位到10条染色体上。比较基因组分析揭示了薏苡高生物量和生物抗性的可能原因。作者通过对两种不同种壳品种进行转录组差异基因聚类分析揭示薏苡种壳薄皮形成原因解析驯化选择机制。最后将两种不同种壳品种杂交产生的F2群体构建遗传图谱对种壳抗压性、抽穗期、株高和分蘖数等性状QTL定位。后期扩大群体精细定位进一步将这2个QTLs分别定位到250Kb和140Kb的区间内。该研究有助于推动薏苡关键药用成分的研究和传统中药的现代化应用为薏苡粮、药、饲专用新品种的高效选育奠定了坚实的基础。植物案例二英文名Population Genomic Analysis and De novo Assembly Reveal the Origin of Weedy Rice as an Evolutionary Game[2] 中文名群体基因组分析结合从头组装揭示杂草稻作为进化演绎的起源期刊Molecular PlantIF12.084合作单位沈阳农业大学主要研究内容作者使用WRAH和 Qishanzhan 栽培稻的杂交获得包含 168 个子代的 RIL 群体利用 SLAF-seq 技术进行测序构建高密度遗传图谱。对种子落粒、长芒、高株高、色壳和红果皮5个性状进行定位。并对不同地域品种的333份水稻构建系统发育树明确WRAH的分群情况并通过选择性清除分析发现驯化相关基因可能在平行进化中发挥重要作用。基于以上研究作者通过PacBioHi-C组装了高质量的亚洲高纬度杂草稻WR04-6基因组并通过比较基因组分析研究相关基因家族及分化时间。该研究揭示了栽培稻在从野生稻驯化后近代的遗传改良成为了亚洲高纬度杂草稻与粳型栽培稻遗传趋异的分水岭。方案六基因组与表观遗传解析三维网络调控机制技术介绍表观遗传epigentics “epi”表示“其上”或“超越”genetics只设计基因的结构层次而epigenetics则涉及基因如何发挥其功能以及基因间的互作关系。基因组结合表观调控可更加深入的剖析物种在何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。多种表观遗传研究手段间可相互组合从三维基因、修饰表达、调控元件等多种层面解析不同调控原理。技术路线适用范围不同物种间调控因子差异研究胁迫等差异环境响应调控机理发育生长、病理恢复间基因结构/调控机制不同组织器官转录活性差异找到组织特异基因和启动子非生物逆境病虫害营养激素等处理前后及动物疾病差异宏观分析细胞在该特定时空下整个基因组的调控网络高分案例植物案例英文名N6-Methyladenine DNA Methylation in Japonica and Indica Rice Genomes and Its Association with Gene Expression, Plant Development and Stress Responsesence[3] 中文名粳稻和籼稻基因组N6-甲基腺嘌呤DNA甲基化及其与基因表达、植物生长和应激反应的关系期刊Molecular PlantIF12.084合作单位中国农业科学院生物技术研究所主要研究内容作者利用PacBio对粳稻日本晴栽培种Japonica Nipponbare (Nip)及籼稻栽培种Indica 93-11进行测序。最终组装Nip基因组大小为380.7 Mbcontig N5016.97 Mb93-11基因组大小为396 Mbcontig N509.64 Mb。新组装的Nip和93-11基因组的contigN50分别比先前公布的高2.2倍和460倍。并使用改进的水稻Nip、93-11基因组和SMRT测序鉴定了粳稻和籼稻基因组中全基因组的6mA位点的单核苷酸分辨率。并报道了93-11中第一个6mA甲基位点发现Nip和93-11中6mA位点在着丝粒周围异染色质区域附近富集6mA与水稻中的活性表达基因有关Nip、93-11和拟南芥中6mA的分布及其与转录的关系是保守的。6mA与热应激关键基因的表达呈正相关。筛选了与表观遗传学相关的潜在突变体并发现DDM1对水稻中的6mA修饰是必不可少的。方案七种内/种间基因组变异掌控起源及功能关系技术介绍对于大部分动植物其测序主要基于单一品种作为参考基因组。单一基因组测序通常只能覆盖基因组的80%~90%且通常只有代表驯化的优良品种的单一基因型能够被准确检测到因此不同生态型重测序数据一般只有50%~80%能比对到参考基因组上。而通过对两种品系基因组进行denovo或者与已发表品系进行研究充分比较其间的基因组变异信息可以更好的对不同生态型进行表型功能差异分析。结合两种生态型品种杂交子代图谱将极大的利于后续性状与功能研究。与动物相比植物更具有品种多样性因此该研究方案目前更多的应用于植物材料中。而亲缘关系较近的种间材料同样可以分别进行denovo并通过其间的变异分析掌控物种间的起源进化及功能关系。技术路线适用范围品种材料间优秀性状检测与育种物种间基因组进化关系大型结构变异与性状分析高分案例植物案例一种间变异英文名Reference genome sequences of two cultivated allotetraploid cottons Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense[4] 中文名异源四倍体陆地棉和海岛棉基因组破译期刊Nature GeneticsIF27.603合作单位华中农业大学主要研究内容作者利用三代测序(PacBio)光学图谱Hi-C相结合的方法进行异源四倍体陆地棉和海岛棉基因组组装。组装获得陆地棉Contig L50 1.89 Mb海岛棉Contig L50 2.15 MbHi-C染色体挂载效率分别为 98.94%和97.68%。对异源四倍体陆地棉和海岛棉进行全基因组变异分析包括SNPs和Indels变异分析染色体结构变异及PAVs分析。将A-亚基因组供体二倍体祖先种亚洲棉G. arboreum与陆地棉和海岛棉进行比较证明了从二倍体到四倍体多倍化过程中发生了结构变异。通过构建渗入系将海岛棉的有利染色体片段导入到陆地棉中并进行QTL定位在两种代表性种质间探索研究了具有潜在优质纤维质量性状的基因组序列信息从而帮助棉花改良育种。植物案例二种内变异英文名Extensive intraspecific gene order and gene structural variations in upland cotton cultivars[5] 中文名陆地棉栽培种广泛的基因顺序和基因结构变异期刊Nature CommunicationsIF:12.121合作单位中国农业科学院棉花研究所主要研究内容作者利用三代PacBio测序对陆地棉G. hirsutum遗传研究标准种TM-1和易于转化的生物技术重要品种ZM24 进行测序组装TM-1基因组2.286 Gb (Contig N504.760 Mb) ZM24基因组2.309 Gb(Contig N501.976 Mb)利用Hi-C将TM-1组装到染色体水平挂载率97.4%。通过二者的基因组与二倍体祖先种之间的比较发现了大量的遗传变异。TM-1 与 ZM24 比较发现有大量倒位、染色体内易位和染色体间易位3个最大的结构变异来自于A08 染色体PAV 基因可能在多倍体的形成过程中已经出现。进一步通过两个栽培种和种质panel的作图群体的单倍型分析显示该区域的重组率受到抑制。本研究为棉花研究领域提供了更多的基因组资源鉴定的遗传变异将对未来的棉花育种具有帮助。方案八泛基因组解析物种表型及性状多样性技术介绍泛基因组(Pan-genome)即某一物种全部基因的总称包括核心基因core gene由所有个体都存在的基因组成和非核心基因dispensable gene仅在单个个体或部分个体中存在的基因组成。泛基因组分析有助于理解物种的特征同时泛基因组图谱提供的基因PAV变异或基因复制等复杂基因组变异有助于解析作物表型和农艺性状的多样性。选择不同亚种材料进行泛基因组测序可以研究物种的起源及演化等重要生物学问题选择野生种和栽培种等不同特性的种质资源进行泛基因组测序可以发掘重要性状相关的基因资源为科学育种提供指导选择不同生态地理类型的种质资源进行泛基因组测序可以开展物种的适应性进化、外来物种入侵性等热门科学问题。技术路线适用范围多表型作物性状功能研究功能基因育种基础多样品种来源传播探索重要性状基因资源发掘外来物种入侵考究高分案例植物案例一英文名The barley pan-genome reveals the hidden legacy of mutation breeding[6] 中文名大麦泛基因组揭示了突变育种的潜在遗传基础期刊NatureIF42.778研究单位澳大利亚默多克大学西澳洲大麦联盟主要研究内容作者通过对全球超过2万份大麦种质资源进行遗传多样性分析最终选出20个能够覆盖大部分大麦遗传多样性的品种包括地方种、栽培种及野生种。结合PacBio、Illumina、10x Genomics、Hi-C等技术构建了20个染色体水平基因组组装基因组大小在3.8Gb-4.5GbN50范围为5.0-42.7 Mb。并对不同品种间基因组大片段插入/缺失变异PAV、结构变异进行了鉴定。发现大的倒位多态性5 Mb普遍存在并对经常在优质大麦品种中发现的两个重要的大片段倒位现象进行了分析。该研究首次构建了大麦泛基因组检测了大量未发现的遗传变异这些变异将为遗传分析和育种提供有力支撑。植物案例二英文名Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding[7] 中文名多个小麦基因组揭示了现代育种中的全面变异期刊NatureIF42.778研究单位加拿大萨斯喀彻温大学等研究单位主要研究内容作者通过通过NRGene DeNovoMagic3平台结合10X Genomics、Illumina、Hi-C等技术完成了不同地区来源的10个染色体级别和5个scaffold级别的6倍体小麦基因组组装结果在14.2Gb-14.8Gb。并通过挖掘不同小麦品种间的基因多样性研究了一些农艺相关性状基因家族。通过基因组比较及ChIP-seq等技术揭示了基因组的转座子TE差异, 外缘染色体片段, 着丝粒倒位以及10个基因组间大的结构变异(SV)这些研究揭示了广泛的结构重排、野生亲缘的引入以及复杂的育种历史导致基因变异这些育种历史旨在提高小麦对不同环境的适应能力、产量和质量以及抗逆性。基因组间比较研究发现了一个多基因组衍生的富亮氨酸重复结构域的核苷酸结合蛋白库这种蛋白参与了小麦的抗病性并且报道了抗虫基因Sm1的基因变异。小麦泛基因组将为发现功能基因和培育下一代现代小麦品种提供理论基础。动物案例英文名Massive gene presence-absence variation shapes an open pan-genome in the Mediterranean mussel[8] 中文名地中海贻贝的大规模基因存在缺失变异形成了一个开放的泛基因组期刊 Genome BiologyIF10.806研究单位意大利里雅斯特大学主要研究内容作者通过Illumina、PacBio等技术构建了1.28G地中海贻贝基因组Contig N5071.42 kb。并对14个地中海贻贝进行高深度重测序发现其间具有大量的结构变异大的插入和缺失是地中海贻贝基因组多样性的主要来源。进而将重测序数据与组装基因组比对并将未比对上的contigs进行组装构建了1.86Gb的地中海贻贝泛基因组。对泛基因组中的核心与非核心基因组进行分析富集分析结果表明非核心基因在胞凋亡、免疫信号传导等与环境适应性相关的通路中显著富集揭示了地中海贻贝的非核心基因组在增强其环境适应性中的重要作用。尾声随着技术的飞速发展各大杂志编辑们“眼光”越来越高基因组学研究难以再靠单纯的基因组生信分析独树一帜。如何利用好基因组信息深入挖掘其中奥义如何使不同生态型生物学现象得以充分解析如何使得基因组的数据成为遗传育种、物种保护中的关键信息。种种问题在多组学联合研究的背景下将迎刃而解。当然小编在这里更多的是列举了目前研究最为热门的几种方案对于不同物种特性真正适合的研究方案远不止小编列举的这些单细胞技术、基因编辑等多种新兴技术正在逐步崛起后续动植物的研究里也会逐渐细致化精细化。也期待每一位老师能快速找到适合自己的研究方案完美的阐述各种生物学故事。参考文献[1] Chao G, Yanan W, Aiguo Y et al. The Coix genome provides insights into Panicoideae evolution and papery hull domestication . Mol Plant. 2019.[2] Sun J, Ma D, Tang L, et al. Population Genomic Analysis and De novo Assembly Reveal the Origin of Weedy Rice as an Evolutionary Game. Mol Plant., 2019.[3] Zhang Q, Liang Z, Cui X, Ji C et al. N6-MethyladenineDNA Methylation in Japonica and Indica Rice Genomes and Its Associationwith Gene Expression, Plant Development and Stress Responses. Mol Plant., 2018.[4] M Wang, LTu, D Yuan, et al. Reference genome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense. Nature Genetics.2019.[5] Z Yang, X Ge, Z Yang, et al. Extensive intraspecific gene order and gene structural variations in upland cotton cultivars.Nature Communications.2019[6] Jayakodi M, Padmarasu S,et al. The barley pan-genome reveals the hidden legacy of mutation breeding. Nature.2020[7] Walkowiak S, Gao L, et al. Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding.Nature.2020[8] Gerdol M, Moreira R, et al. Massive gene presence-absence variation shapes an open pan-genome in the Mediterranean musse. Genome Biology.2020
