动植物全基因组测序(2)

案例解析案例一四倍体陆地棉基因组来自南京农业大学、北京诺禾致源的研究人员共同完成了四倍体陆地棉的基因组测序，解析了四倍体棉花进化与纤维发育分子机制，相关研究成果发表于Nature Biotechnology(IF: 41.514)。研究背景：陆地棉(Gossypium hirsutum L.)隶属锦葵目(Malvales),锦葵科(Malvaceae),棉属(Gossypium ),因最早在美洲大陆种植而得名，是世界上最重要的棉花栽培品种，占全球棉花种植面积的90%以上。尽管陆地棉在棉花产业中

占据核心地位，但由于其为异源四倍体，相关的全基因组测序工作一直难以开展。来自南京农业大学、北京诺禾致源、美国德克斯大学的国际团队，利用最新测序技术，成功构建了高质量的陆地棉全基因组图谱，为进一步改良棉花的农艺性状提供了基础，同时也为多倍体植物的形成和演化机制提供了新的启示。研究方法：

基因组测序

选取陆地棉遗传标准系TM-1,利用Illumina HiSeq 2000平台PE100测序，测序深度为245X,采用SOAPdenovo软件进行组装，在此基础上，结合17万对BAC末端序列和高密度的遗传图谱，获得了高质量的全基因组图谱。利用 TM-1的全基因组序列，对四倍体棉花中两个亚基因组的非对称进化机制进行了解析；同时，对棉纤维发育相关的重要基因展开了深入研究。研究结果： 1陆地棉基因图谱绘制陆地棉基因组大小为2.5 Gb,组装结果contig N50达到34 Kb,scaffold N50达到1.6 Mb,其中92%的scaffold可定位到染色体上。组装结果优于目前已测序的多倍体植物油菜(N50=764 Kb)、烟草(N50=345-386 Kb)等。 2 A亚组和D亚组非对称进化通过比较陆地棉(AADD)、雷蒙德氏棉(DD)和亚洲棉(AA)的基因组序列，估算出陆地棉形成于一百万至一百五十万年前。在陆地棉形成后的一百多万年内，A亚组不仅有更高的蛋白质进化速率，其染色体重排发生频率与及基因丢失和失活的频率均显著高于D亚组(图1)。

图1异源多倍体棉花基因组共线性分析与非对称进化分析

通过全基因组测序,人们可以获得物种的全基因组序列图谱,从而为该物种后续的研究和产业化应用奠定基础。诺禾致源团队多年来专注于高通量测序技术在全基因组测序领域的应用,以李瑞强博士为首的技术团队先后开发了 SOAPdenovo,SOAPdenovo II 等组装软件,并针对复杂基因组开发了全球领先的 NOVOheter 软件,在全基因组测序领域具备丰富的经验,已成功完成多个物种的全基因组从头测序工作。

3 A亚组和D亚组对陆地棉性状的互补性贡献选择分析发现811个正选择基因(470个在A亚组，341个在D亚组),在A亚组中，正选择基因与纤维长度的发育有重要关系；而在D亚组中，正选择基因多与抗性有关。该结果表明陆地棉继承了两个祖先种中各自的优良性状，因此具有良好的纤维品质及广泛的适应性。 4棉纤维关键基因的表达及进化分析对MYB、CESA等纤维发育相关的重要基因开展了表达及进化分析。MYB基因家族中的一个分支在纤维发育中起重要的作用；陆地棉中多个CESA基因在驯化过程中受到了显著的正选择作用，可能与棉纤维品质的改良有直接关系(图2)。

基因组 de novo测序

图2 MYB基因家族表达模式分析

参考文献Zhang T, Hu Y, Jiang W, et al . Sequencing of allotetraploid cotton (Gossypium hirsutum L. acc. TM-1) provides a resource for fiber improvement[J]. Nature Biotechnology, 2015, 33(5): 531-537.

通过全基因组测序,人们可以获得物种的全基因组序列图谱,从而为该物种后续的研究和产业化应用奠定基础。诺禾致源团队多年来专注于高通量测序技术在全基因组测序领域的应用,以李瑞强博士为首的技术团队先后开发了 SOAPdenovo,SOAPdenovo II 等组装软件,并针对复杂基因组开发了全球领先的 NOVOheter 软件,在全基因组测序领域具备丰富的经验,已成功完成多个物种的全基因组从头测序工作。

案例解析案例二金丝猴基因组来自中国科学院动物研究所、北京诺禾致源的研究人员共同完成了川金丝猴的基因组测序，解析了金丝猴适应植食性的分子机制，相关研究成果发表于国际著名学术杂志Nature Genetics(IF: 29.352

)。研究背景：金丝猴 (R h i n o p i t h e c u s s p p . )隶属于灵长目 ( P r i m a t e s )、疣猴亚科 ( C o l o b i n a e )、仰鼻猴属 (Rhinopithecus ),目前共有5个种，即川、滇、黔、缅甸和越南金丝猴。对金丝猴基因组以及肠道基因组进行全面系统的研究，解析了金丝猴的植食性分子遗传机制，为了解疣猴亚科的系统进化、功能适应性奠定了遗传基础，同时开展了仰鼻猴属的进化历史和遗传多态性分析。研究方法：选取一雄性川金丝猴个体，采用 Illumina HiSeq 2000 PE100进行高深度测序，并对金丝猴的植食性适应机制进行解析。同时结合全基因组重测序手段，对金丝猴的进化历史和群体遗传学进行分析。研究结果： 1金丝猴基因组图谱绘制金丝猴基因组大小为 3.05 Gb,组装结果contig N50达到25.5 Kb,scaffold N50达到1.55 Mb。其中蛋白编码基因为21,813个。 2金丝猴植食性适应的分子机制解析比较基因组学分析发现金丝猴外源物质降解基因和唾液分泌蛋白编码基因发生显著扩张；与牛的趋同进化分析鉴定出33个快速进化嗅觉基因，其中69.7%的基因可能与水果、植物等气味相关；此外分析发现金丝猴的肠道微生物群落与牛的相似，其群落与前肠发酵相关(图3)。 3进化分析对与植食性紧密相关的 RNASE1基因进行研究，结果支持“一次复制假说”,同时结果也支持“平行进化假说”。进化分析发现北部物种(川金丝猴和黔金丝猴)与喜马拉雅物种(滇金丝猴和缅甸金丝猴)约在160万年以前发生了分化；北部物种形成时间约在62万年前，喜马拉雅物种形成时间约在15万年前。 4群体遗传学分析结合重测序对来自云南的滇金丝猴、贵州的黔金丝猴和云南怒江的缅甸金丝猴进行群体遗传分析，黔、滇和缅甸金丝猴的群体趋势则与川金丝猴分歧较大，其中黔金丝猴在末次盛冰期的时候有一个小的上升，可能与其基因组的较高杂合度有关(图4)。

基因组测序

参考文献

图3金丝猴植食性机制的分析

图4金丝猴有效群体大小分析

Zhou X, Wang B, Pan Q, Li R, Li M. Whole-genome sequencing of the nub-nosed monkey provides insights into folivory and evolutionary history[J]. Nature Genetics, 2014, 46(12):1303-1310.

通过全基因组测序,人们可以获得物种的全基因组序列图谱,从而为该物种后续的研究和产业化应用奠定基础。诺禾致源团队多年来专注于高通量测序技术在全基因组测序领域的应用,以李瑞强博士为首的技术团队先后开发了 SOAPdenovo,SOAPdenovo II 等组装软件,并针对复杂基因组开发了全球领先的 NOVOheter 软件,在全基因组测序领域具备丰富的经验,已成功完成多个物种的全基因组从头测序工作。

案例三藏猪基因组研究背景：来自四川农业大学、北京诺禾致源的研究人员完成了藏猪基因组测序。藏猪是一种生活在高原低氧恶劣环境的野生型品种，它对恶劣环境具有极强的适应能力；2004年，藏猪列入《中国畜牧品种志》,被正式确定为地方原始猪种。另外，该物种还具有许多重要的经济价值，是我国宝贵的地方品种资源。相关研究成果发表于国际著名学术杂志 N

ature Genetics(IF: 29.648)。研究方法：采用Illumina HiSeq 2000测序平台，构建180 bp、500 bp、2 Kb、5 Kb、10 Kb文库，进行高深度测序。同时，对6个代表性藏猪群体、5个四川盆地特有猪种，共计48个样本进行群体基因组重测序，并结合55 …… 此处隐藏：3657字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……