基于高通量测序的玉米象转录组分析

玉米象Sitophilus zeamais是一种世界性的储粮害虫,但其基因信息尚不完善.本研究利用高通量测序平台Illumina HiSeq TM2000对玉米象成虫进行转录组测序,总计获得64358条unigenes,总长度39481752 bp,最短201 bp,最长29046 bp,平均长度613 bp.将unigenes序列在7大数据库Nr、GO、Swissprot、KOG、Pfam、KEGG、TrEMBL中进行注释,分别有25271、20747、16477、12060、9471、3370、25500条unigenes获得注释.通过GO功能分类,共有20747条unigenes在GO数据库中生物学过程、细胞组分、分子功能3大类68个亚类功能组中找到对应.KOG结果显示,12606条unigenes归到25个基因家族.通过KEGG代谢通路分析,共有3370条unigenes被注释,分别归属于细胞进程、环境信息进程、遗传信息进程、新陈代谢和有机体系统5大类代谢途径,共33个亚类274个功能通路.进一步的数据分析,共鉴定出146081个SNP位点和5002个简单序列重复(SSR)位点.本研究获得的玉米象转录组信息,为玉米象的功能基因挖掘提供了重要的信息资源.     

单细胞转录组高通量测序分析新进展

细胞异质性是生物组织的普遍特征。常规转录组测序(RNA-Seq)技术需要上万个细胞,所测结果实际上是一群细胞基因表达的平均值,所以难以鉴别细胞之间基因表达的异质性。单细胞RNA-Seq技术的分辨率精确至单个细胞,为辨别异质性群体中各种细胞类型的转录组特征提供了有力的工具。近年来单细胞RNA-Seq技术发展迅速,在方法学上包括cDNA扩增方法的多样化、对灵敏度和技术噪声的定量分析、浅覆盖高通量单细胞RNA-Seq方法和原位RNA-Seq技术等;在技术应用方面应用范围从早期胚胎发育扩大到组织器官发育、免疫和肿瘤等多个领域。文章对单细胞RNA-Seq在方法学和技术应用两方面的研究进展进行了详细阐述。     

基于高通量测序的慈竹笋转录组分析与基因功能注释

慈竹是我国四川当地的优势丛生竹种之一,其纤维长度和质量较优异,是造纸、纺织等工业的良好原料。本文利用Illumina Hi SeqTM 2000平台,对10、50、100和150 cm高的慈竹笋进行转录组分析,共得到69.28 M条读长(Reads),经从头拼接、组装和聚类后得到111 137条非重复序列基因Unigene,其中共有63 094条注释到COG、GO、KEGG、Swiss-Prot和Nr数据库中。这些Unigene不仅具有一般的功能,如转录和信号转导等,还涉及到蔗糖转运与代谢、次级代谢产物及细胞壁的生物合成等方面。不同高度慈竹笋的纤维素合成酶基因存在差异表达,发现了可能调控慈竹生长发育以及纤维素和木质素生物合成的相关基因,为慈竹品种改良提供一定的理论基础。     

基于新一代高通量测序的环境微生物转录组学研究进展

环境微生物转录组学是一门新兴学科,它以复杂环境样品中的微生物mRNA为研究对象,利用近年兴起的RNA-Seq高通量测序技术,在整体水平上对环境微生物的基因表达水平和调控规律进行研究.本文概述了环境微生物转录组研究从样品的采集保存、RNA提取、mRNA的富集、cDNA合成直到高通量测序及数据分析的基本流程.总结了该技术面临的主要瓶颈:环境样品mRNA含量低、腐植酸等干扰杂质多、rRNA去除程度有限.针对RNA的提取、纯化以及mRNA的富集这些重点步骤,详细阐述了近年来在提高mRNA的得率与纯度上的方法学进展.重点介绍了高通量测序数据的处理及分析方法,从测序数据的质量控制、序列组装、rRNA的鉴定及去除、功能基因注释及分类到差异表达基因的鉴定.最后总结了近年来环境微生物转录组学在新基因的发现、不同环境条件下微生物的基因表达及调控规律研究、有机物的代谢路径分析等3个主要研究领域的广泛应用.随着测序技术及生物信息学分析工具的发展进步,环境微生物转录组学将具有更广阔的应用前景.     

基于高通量测序的阿尔泰蝠蛾(鳞翅目:蝙蝠蛾科)幼虫转录组分析

本研究采用Illumina HiSeq TM 2500测序平台对阿尔泰蝠蛾Hepialus altaicola Wang幼虫进行转录组测序及生物信息学分析.经序列拼接后共获得100133个Unigenes,总长度86319112 bp,平均长度862 bp,N50长度1628 bp.将Unigenes与NR、COG/KOG、Pfam、Swiss-Prot、GO、KEGG数据库比对,共获得38198条Unigenes,其中Nr数据库注释的Unigenes最多,为32381条,占32.34％.通过GO功能分类,共有13216个Unigenes在GO数据库中细胞组分、分子功能和生物学过程等3大类57个分支中找到注释;KEGG通路分析,共有15058条Unigenes被注释,归属于305条代谢通路.CDS预测发现54002条序列可被编码,占全部基因的53.93％.基因注释进一步获得311个与冷适应相关的代谢调节基因,并用FPKM值对基因表达量进行评估.本研究获得的转录组信息及分析结果,为进一步研究阿尔泰蝠蛾的基因功能及低温生态适应性奠定分子基础.     

基于高通量测序的发芽苦荞转录组学研究北大核心CSCD

采用新一代高通量测序技术Illumina Solexa Hiseq 2500对发芽荞麦转录组进行测序,结合生物信息学方法开展基因表达谱研究和功能基因预测。通过测序,获得了42 953 962个序列读取片段(reads),包含了5.37 Gb碱基序列信息。对reads进行序列组装,获得45 278个单基因簇(unigenes),平均长度862 bp,序列信息达到了39 Mb。另外,从长度分布、GC含量、表达水平等方面对unigenes进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。数据库中的序列同源性比较表明,2 127个unigenes与其他生物的己知基因具有不同程度的同源性。发芽苦荞转录组中的unigenes与细胞进程、细胞和蛋白结合相关。将unigenes与KOG数据库进行比对,根据其功能大致可分为24类。以KEGG数据库作为参考,依据代谢途径可将unigenes定位到328个代谢途径分支,包括核糖体代谢通路、碳水化合物代谢等,并且筛选出38条参与GABA合成的氧化磷酸化代谢的unigenes。SSR位点查找发现,从71 366个unigenes中共找到7 141个SSR位点。SSR不同重复基序类型中,出现频率最高的为A/T,其次是AAG/CTT和AT/AT。     

高通量转录组测序技术及其在鳞翅目昆虫上的应用

转录组是指组织或者细胞在某一特定状态下转录出来的所有RNA的集合。高通量第2代测序技术使转录组学的研究模式发生了巨大的改变,所衍生出的转录组测序迅速成为研究非模式生物的先进技术。转录组测序能够在整体水平上探究细胞内基因表达的种类和数量,揭示在特定条件下机体生理生化发生过程以及其中的分子机理。本文简要阐述了转录组测序技术的基本概念、技术流程与原理,详细介绍了转录组测序在解决鳞翅目昆虫的分类、毒理、发育、与寄主互作以及非编码RNA调控等问题上做出的贡献,并对该技术现存的困难进行了系统的阐述并对其未来的发展趋势作出了简要的预测与剖析。     

麦红吸浆虫滞育习性研究

1986～1991年研究了麦红吸浆虫的滞育习性,提出了该由主动延长滞育和被动延长滞育的两种形式,探讨了土壤湿度、温度对延长滞育的影响,从体重、羽化率、卵胚数、死亡率等方面测定了延长滞育幼虫的生殖势能,文章最后讨论了麦红吸浆虫多峰羽化的特点和延长滞育的生物学意义。     

野生矮牡丹高通量转录组测序分析

为探究野生稷山矮牡丹(Paeonia jishanensis)花青素等抗氧化活性物质生物合成的遗传基础,本文采用高通量测序技术Illumina NextSeqTM500对其幼嫩叶片、嫩茎和花芽混合池样本进行转录组测序分析。共获得39450个unigene,其中3563个unigene中有4106个SSR位点。在Swiss Prot数据库中注释到29420个unigene,其中11个与花青素生物合成过程相关,22个与类黄酮生物合成过程相关,15个与异黄酮生物合成过程相关;NR数据库中注释高达100%,有12个与类黄酮生物合成相关,7个与花青素生物合成相关;GO数据库中注释到24291个unigene,分为生物学过程、细胞组分及分子功能等三大类53个功能组,有21个unigene与黄酮、黄酮醇及异黄酮生物合成有关,4个unigene与花青素合成有关;eggNOG数据库中注释到38238个unigene,涉及植物生长发育过程绝大多数生命活动过程;KEGG数据库注释到5709个unigene,分别定位到6大类别42个代谢途径,其中25个unigene与花青素生物合成相关。研究表明,在稷山矮牡丹转录组序列中,共鉴定和发掘出多个涉及类黄酮化合物生物合成、花青素生物合成过程的相关基因序列及SSR位点,为下一步开展相关代谢合成途径研究奠定了基础。     

小麦吸浆虫空间格局参数及其应用

本文应用聚集度指数、分析表明了小麦吸浆虫在麦田中的空间格局呈负二项分布,并探讨了吸浆虫在田间的聚集原因以及小麦吸浆虫穗虫平均密度（ｘ）与负二项分布公共ｋｃ值的关系。     

中国西部麦红吸浆虫种群遗传结构的RAPD分析(双翅目:瘿蚊科)

对采自我国西北春麦区武威市 ( 38°N,1 0 3°E)、皋兰县 ( 36.5°N,1 0 4°E)及冬麦区长安县 ( 34.2°N,1 0 9°E)的麦红吸浆虫 Sitodiplosis mosellana ( Gehin)种群和皋兰县的麦黄吸浆虫 Contarinia tritici( Kirby)种群用 4种引物 S1 8、S61、S50、S83进行了RAPD测定分析。结果表明 ,引物共产生 1 0 6个 RAPD标记 ,没有任何一个引物能单独区分所有个体 ,但四种引物扩增结果联合则可。引物在麦红吸浆虫的 3个地理种群之间没有产生各自的特征带谱 ,但在 2个种之间可扩增出鉴别图谱。聚类分析显示 :同种同地理种群的个体间遗传相似程度高 ,变异范围小 ;同种不同地理种群间的遗传相似程度变异范围大 ,部分与种群内个体间的遗传相似程度重叠 ;不同种之间的遗传相似程度最低。在麦红吸浆虫种群间 ,长安与皋兰的种群遗传关系最近 ,而与武威种群较远。以近缘属种麦黄吸浆虫作参照分析表明 ,麦红吸浆虫不同地理种群之间表现为种下的遗传差异。     

用重复序列引物PCR分析不同滞育状态麦红吸浆虫DNA多态性

应用 5 个重复序列引物,通过 PCR 扩增试验,研究了不同滞育状态麦红吸浆虫 DNA 的多态性。结果表明:1) 5 个重复序列引物共扩增了 104 条核酸带,分子量介于 202~1 163bp 之间;2) 不同滞育状态的麦红吸浆虫的平均相似性指数范围在 0.573~0.936 之间,在种群 3 和种群 4 之间,最大的平均相似性指数是 0.936,在种群 1、3、4、5 和种群 6、7、8 之间平均相似性指数较高(均超过 0.81);3)不同滞育状态麦红吸浆虫群体的遗传变异大部分来自群体间,产生于群体间的变异为62.41%,来自群体内的变异为37.59%;4) 根据对不同滞育状态间遗传距离的聚类分析,麦红吸浆虫的滞育类型可分为三大类。首次报道了不同滞育状态麦红吸浆虫量化的DNA多态性。     

中国麦红吸浆虫(双翅目：瘿蚊科)不同地理种群的遗传结构

采用RAPD方法测定分析了我国麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Gehin) 10个地理种群的遗传结构。结果表明：5种引物在10个种群中共产生了326个RAPD标记,各地理种群之间没有产生各自的特征标记;不同种群间的遗传相似程度与其地理间距呈反比;种群内的遗传相似程度比种群间的高;利用UPGMA法可将其聚为冬麦区和春麦区两大类群。     

麦红吸浆虫幼虫滞育期间糖类物质变化

分析研究了麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Gehin) 幼虫滞育期间总糖、海藻糖和糖原含量的变化。结果表明： 不同滞育年限幼虫的总糖含量无显著差异。在滞育年周期中,不同时期的滞育幼虫总糖含量明显不同。幼虫老熟入土滞育以前的总糖含量明显高于入土滞育期间。入土滞育过程中,越冬期和春季的总糖含量明显高于夏季和秋季。同期的裸露幼虫与结茧幼虫的总糖含量仅在秋季有一定的差异,其他时间基本相似。结茧幼虫滞育期间的海藻糖含量一直维持较高的水平,说明其滞育期间的糖醇积累型属于海藻糖积累型;秋季与春季糖原含量的增加可能与麦红吸浆虫的滞育解除或滞育强度的变化有一定的关系。     

一种提取麦红吸浆虫基因组DNA的方法

介绍一种可从单头麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Gehin)成虫、幼虫和蛹成功地提取基因组DNA的方法。经检测提取DNA样品浓度为100～200ng/μL,纯度在1.4～1.6范围之间,以此为模板,可顺利地进行RAPD引物扩增。该提取方法简单、安全、经济,可为小型昆虫基因组DNA的提取提供参考。     

中国麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Gehin)地理种群mtDNA COⅡ序列的遗传变异

对麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Gehin)11个地理种群线粒体DNA(mtDNA)细胞色素C氧化酶亚基Ⅱ(COⅡ)的部分片段进行了测序,分析了核苷酸的组成,构建了NJ分子系统树。结果表明,在用于分析的447bp序列中,A T平均含量为78．6％,其中7个位点存在变异。NJ树显示,麦红吸浆虫各种群间的亲缘关系与地理分布关系密切：11个地理种群可明显地聚为两大族群,所有来自春麦区的种群(NH、QX、GT、GW、GG)和冬麦区(陕西长安SC)种群聚为族群Ⅰ,其它冬麦区种群(HT、HL、HX、AS、AF)聚为族群Ⅱ;陕西长安种群(SC)虽处于冬麦区,但与春麦区种群具有很高的遗传相似性。该结果支持将我国麦红吸浆虫的发生区域分为三个,即春麦发生区、冬春麦发生区、冬麦发生区。各地理种群间的遗传距离为0～0．016,表现为种下的遗传变异,这与RAPD分析得出的结果相一致。     

麦红吸浆虫不同滞育期四种糖代谢酶活力分析

海藻糖是麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Gehin)滞育期间储藏能量的主要物质,为弄清其在滞育期的积累机理,本文测定了麦红吸浆虫滞育前后和滞育期糖原磷酸化酶（Gpase）、己糖激酶（HK）、磷酸果糖激酶（PFK）和醛缩酶（ALD）这4种糖代谢酶活力的变化。结果表明: 麦红吸浆虫滞育前后这些糖代谢酶活力明显不同,滞育后Gpase 活力显著提高,糖酵解有关酶HK,PFK和ALD活力降低;滞育解除后,Gpase 活力降低,HK,PFK和ALD活力升高。滞育期间,4种糖代谢酶的活力均与滞育发育有关;同时Gpase 和PFK的活力也与环境温度有关,即夏、冬季高于春、秋季;同期不同滞育状态幼虫比较,裸露幼虫HK,PFK和ALD活力总是略高于结茧幼虫,Gpase则相反。滞育当年与第2年同期幼虫4种糖代谢酶的活力无显著差异。     

麦红吸浆虫唾腺EST-SSRs的信息分析及分子标记筛选

昆虫EST资源库的扩充为开发新的分子标记提供了宝贵的资源。本研究对NCBI的EST数据库中来源于麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana唾腺的1 217条EST序列进行了unigene组装、 SSR信息分析和EST-SSR分子标记筛选。结果表明： 在1 047个unigenes中共找到141个SSR位点, 分布于106个（10.12%）unigenes中, 平均每3.49 kb出现一个SSR位点。在1~6碱基重复基元中, 1~3碱基是主要重复类型, 占总SSR的97.16%以上。A/T（31.21%）, AC/GT（15.60%）和AAC/GTT（9.22%）分别是单、 双和三碱基中占优势的重复基元类型。利用Primer Premier 5.0软件对查找的EST SSRs进行引物设计, 并以麦红吸浆虫基因组DNA为模板, 对从中选出的26对SSR引物进行多态性检测。结果有20对（76.92%）引物能扩增出清晰的目的条带, 并且其中9对（45%）引物表现出多态性。多态性分析结果表明, 从9对EST-SSR引物中, 共检测到51个等位基因, 平均每个位点含有等位基因数为5.67, 平均期望杂合度为0.65, 平均多态信息含量为0.60。本研究能够为今后麦红吸浆虫的种群遗传结构与遗传多样性研究提供帮助。