川芎基因组survey测序及其特征分析

目的 利用流式细胞术和高通量测序技术,对川芎Ligusticum chuanxiong基因组大小和特征进行分析,为川芎全基因组精细测序和分子机制研究奠定基础。方法 以已知基因组大小的绿豆和陆地棉作为内标植物,用流式细胞术估算川芎基因组大小。利用高通量测序技术对川芎基因组进行survey分析,测算出川芎基因组大小、重复序列、杂合率和GC含量等,利用生物信息学对基因组进行预测、注释和基因家族鉴定。结果 估算出川芎基因组大小约为3058.37Mb,重复序列为79.79%,杂合率约2.16%,GC含量为36.32%,川芎基因组呈现高重复、高杂合、基因组庞大等特征。共预测到34864个基因,有30 737个基因在功能数据库中被注释,有53个基因注释到阿魏酸合成过程中。初步鉴定到2058个特异基因家族,2001个单拷贝基因。结论 初步获得了川芎基因组大小、基因组特征、功能基因及基因家族等信息,为进一步川芎全基因组精细测序提供了参考,为阐明川芎阿魏酸等药效成分生物合成提供了基因资源。     

基于流式细胞术和K-mer分析的黄芪基因组大小估测

目的使用流式细胞术与K-mer分析估测黄芪基因组的大小及复杂程度,为黄芪基因组测序奠定基础。方法以番茄为内标,用流式细胞仪测定经碘化丙啶(PI)染色的番茄细胞核和黄芪细胞核混合样品的PI荧光强度,通过比较黄芪与番茄细胞DNA含量峰值的倍数关系,计算黄芪的基因组大小。采用高通量测序技术进行黄芪基因组调查测序,利用生物信息学方法估计黄芪杂合率、重复序列和GC含量等信息。结果采用流式细胞术测得黄芪基因组大小约为1 426 Mb。通过基因组调查测序,获得了95 Gb黄芪基因组DNA测序数据,K-mer分析表明黄芪基因组约为1 456 Mb,测序深度为39×。K-mer分布曲线有明显的杂合峰,基因组杂合率为2.1%。结论黄芪基因组大小为1.45 Gb左右,杂合率较高。这一结果可为黄芪基因组学研究提供参考。     

基于流式细胞术和K-mer分析的苦豆子基因组大小估测

目的 采用流式细胞术与K-mer分析方法对苦豆子基因组大小及杂合率进行估测,为其全基因组测序提供参考。方法 以大豆为内标,通过流式细胞仪检测大豆与苦豆子细胞DNA含量的倍数关系,计算苦豆子的基因组大小。采用二代测序技术进行苦豆子基因组调查测序,使用K-mer分析估测苦豆子基因组大小与杂合率。结果 采用流式细胞术测得苦豆子基因组大小约为1 749 Mb。K-mer分析结果表明,苦豆子基因组大小约为1 648 Mb,基因组杂合率为1.12%,杂合率较高。结论 苦豆子基因组大小约为1.7 Gb,杂合率较高,后续研究可采用三代PacBio进行80~100 X深度的测序开展全基因组测序研究。     

基于本草基因组学应用流式细胞术和高通量测序技术检测人参基因组大小

人参（Ginseng）是五加科植物人参（Panax ginseng C. A. Mey.）的干燥根和根茎。由于其基因组数据的缺乏制约了人参基础研究和产业发展。本实验以水稻（Oryza sativa ssp. Nipponbare）和大豆（Glycine max(L.) Merrill）为内参,通过流式细胞术检测人参基因组大小约为3.42 Gb;同时,分别构建人参基因组插入片段大小为250 bp和500 bp的鸟枪法（shotgun）文库,利用Illumina Hiseq X Ten平台进行双端PE 150高通量测序,过滤原始测序数据后获得183.82 Gb高质量数据,K-mer分析法预估人参基因组大小为3.35 Gb,测序深度为54.87 X。本研究采用流式细胞术结合K-mer分析法测定人参基因组大小,为人参全基因组测序以及本草基因组学的研究提供基础数据。     

刺果甘草全基因组Survey及叶绿体基因组特征分析＊

目的 基于基因组Survey分析对刺果甘草Glycyrrhiza pallidiflora Maxim.基因组大小和杂合率进行估计，并通过叶绿体基因组序列特征对其在甘草属Glycyrrhiza L.中的系统发育位置进行研究。方法 使用二代测序技术对刺果甘草进行测序，采用K-mer方法对测序reads进行分析，估算刺果甘草基因组大小和杂合率，使用生物信息学方法进行叶绿体基因组组装、注释和系统发育分析。结果 Survey分析结果显示其基因组大小约为577.82 Mb，杂合度约为0.31%，重复序列比例约为53.72%。叶绿体基因组长度为127，267 bp，不具有典型的四分体结构，总GC含量为34.32%，包含110个基因，其中76个蛋白质编码基因，30个tRNA基因和4个rRNA基因。系统发育分析表明，刺果甘草与圆果甘草G. squamulosa Franch.亲缘较接近。结论 刺果甘草存在低杂合和重复序列较多的特点，为了更好地对全基因组进行序列拼接和组装，可尝试采用三代测序结合二代测序的分析策略进行基因组组装；刺果甘草叶绿体全基因组比对和系统发育分析，为后续开展甘草属遗传多样性研究和分子鉴定标记筛选提供了重要依据。     

裸花紫珠基因组调研及SSR特征分析

裸花紫珠是海南省特色黎族药大品种,具有止血散瘀、消炎抗菌之功效。目前,裸花紫珠参考基因组信息缺乏。通过研究裸花紫珠的基因组大小、杂合率及SSR特征,可为裸花紫珠基因组精细测序的文库构建和SSR分子标记的开发提供依据。为此,该研究采用二代测序方法,基于K-mer分析手段来研究裸花紫珠基因组的大小及杂合率,在此基础上采用MISA工具分析其SSR特征。结果表明,裸花紫珠基因组大小约为822. 43 Mb,重复序列比例约71. 67%,杂合率约0. 85%,基因组的GC量约49. 20%。提示裸花紫珠为高杂合、高重复的复杂基因组。通过对基因组序列进行SSR特征分析,共鉴定了206 049个SSR,其中,单、双、三核苷酸重复基序占比较高,共198 993个,占96. 57%。在2～6核苷酸重复基序类型中分别是AT/AT,AAT/ATT,AGCC/CTGG,AAAAT/ATTTT,AGATAT/ATATCT的数量最多。该研究为裸花紫珠基因组精细测序的文库构建提供了参考,同时为其SSR分子标记开发和基因资源的保护和利用提供了分子依据。     

基于Illumina高通量测序技术的草豆蔻基因组研究

目的对药食同源植物草豆蔻Alpinia katsumadai进行基因组调研分析,完善草豆蔻基因组遗传信息。方法研究采用Illumina高通量测序技术,基于K-mer分析手段来研究草豆蔻基因组的大小及杂合度,利用MISA方法分析可能的SSR分子标记。结果草豆蔻的基因组大小为1.60 Gb,基因组杂合度为0.44%,重复序列比例为72.72%;在基因组序列中,进行SSR分子标记分析,共鉴定出了364 395个SSR,其中,单、双、三核苷酸重复模体的比例较高,分别占比64.25%、24.05%、10.31%;从测序得到的350 bp文库中,随机取10 000条单端reads,与NT库进行BLAST比对,发现草豆蔻的近缘物种艳山姜Alpinia zerumbet和小豆蔻Elettaria cardamomum上的reads数分别占比对上NT库reads数的12.89%和12.36%。结论通过对草豆蔻植物的基因组大小、杂合度调查及SSR分子标记分析表明,草豆蔻物种基因组属于高重复、大基因组的复杂基因组,这为草豆蔻的资源保护和遗传多样性分析及品种选育提供了遗传信息支撑。     

三岛柴胡基因组Survey分析及SSR位点挖掘

柴胡是我国传统中药材,主要用于治疗感冒及保肝护肝等。三岛柴胡是日本栽培品种,在我国和韩国等国家地区亦有种植。在大规模全基因组深度测序之前,需要进行低覆盖度的基因组Survey测序,以评价基因组的大小及复杂程度,确定适合该植物全基因组测序研究策略。该研究采用二代高通量测序技术(Illumina Hiseq 2000)进行了三岛柴胡的Survey测序分析,并对所获得基因组序列进行了SSR分析,利用Primer 3设计SSR特异引物并随机选择33对引物以三岛柴胡DNA为模板,进行PCR扩增,对PCR体系以及最佳退火温度进行筛选。共获得了288. 64 G基因组数据,估计基因组大小为2 119. 58Mb,测得基因组数据深度为138×,杂合率为1. 84%,重复序列比例为83. 89%,推测三岛柴胡基因组属于复杂基因组。采用K-mer=41初步组装,得到contig N50 224 bp,总长896. 97 Mb,scaffold N50 313 bp,总长922. 67 Mb。三岛柴胡基因组序列数据中,共检测到91 377条SSR序列,分布于70 809条独立基因。主要类型为二核苷酸重复,存在49 680条,占比70. 16%。在合成的33对引物中,有21对引物成功扩增出目标条带。研究结果为后续大规模基因组测序、开发鉴定柴胡种质和性状定位的SSR分子标记奠定了基础。     

安徽岳西野生茅苍术叶绿体全基因组测序及系统发育研究

基于高通量测序技术获得安徽岳西产野生茅苍术Atractylodes lancea叶绿体全基因组序列，进行叶绿体全基因组结构及特征分析，为研究茅苍术的物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护奠定了基础。使用改良的CTAB方法提取茅苍术的DNA;采用高通量测序技术进行测序，利用metaSPAdes进行组装，利用CPGAVAS2进行注释；利用生物信息学方法对茅苍术叶绿体基因组进行重复单元分析、IR边界分析、密码子偏性分析和系统发育树分析。获得茅苍术叶绿体全基因组的全长为153 178 bp,包含1个84 226 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC)和1个18 658 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC),它们被2个25 147 bp的反向重复序列(inverted repeat sequence, IRs)隔开。茅苍术叶绿体基因组的GC量为37.7%,可编码注释124个基因，包含87个蛋白质编码基因、29个tRNA基因和8个rRNA基因。其具有26 287个密码子，可编码20种氨基酸。系统进化分析表明，苍术属的植物聚为一个分支结构，其中茅苍术...     

丹参基因组SSR的开发及其多态性分析

目的通过开发丹参基因组SSR标记并验证其有效性,为丹参的分子标记的开发应用提供依据。方法利用Illumina-HiSeq 2000高通量测序技术对山农丹参1号(SNDS1)进行简化基因组测序,对得到的序列利用生物信息学手段进行拼接后查找开发SSR;利用PCR技术检测引物扩增效率。结果共获得2.40Gb的丹参基因组序列,设计开发重复单元长度为2～6碱基的SSR 6000多个;其中2碱基重复和3碱基重复的微卫星单元较丰富;合成600对SSR引物,在丹参上的有效扩增率达85%,经双亲和杂交子代验证其中53%以上的标记具有多态性。结论开发的基因组SSR具有较高的多态性,这在一定程度上大大丰富了在丹参上可以利用的基因组SSR标记。     

基于高通量技术的唐古特大黄叶绿体全基因组测序及应用研究

目的 获得野生唐古特大黄叶绿体全基因组信息特征,并对相关物种亲缘关系进行研究。方法 本实验采用Illumina高通量测序技术构建了唐古特大黄叶绿体全基因组图谱。结果 唐古特大黄基因组大小为161 054 bp,大(LSC)、小(SSC)单拷贝区大小分别为86 441 bp和12 745 bp,反向互补重复区(IR)大小为30 934 bp,共注释叶绿体基因132个,包括88个蛋白编码基因,36个转运RNA基因和8个核糖体RNA基因,其中每个IR区19个。结论 选取唐古特大黄在内的7个蓼科物种、4个其他科物种构建系统发育树,形态极其相似的唐古特大黄与掌叶大黄在分子上亲缘关系也最近,但rpl32等基因存在差异位点,对有效区分近缘物种提供新依据。     

密花香薷叶绿体基因组结构及系统进化分析

目的 基于高通量测序获得药用资源植物密花香薷Elsholtzia densa叶绿体基因组序列,分析了叶绿体基因组结构及特征,为研究密花香薷资源分类及系统进化奠定了基础.方法 以密花香薷叶片为材料,利用改良的CTAB法提取DNA;采用二代测序技术Illumina NovaSeq平台对叶绿体基因组进行测序;以广藿香叶绿体基...     

细辛叶绿体基因组结构特征与系统进化分析

目的 以细辛药材为材料，采用高通量测序和生物信息学技术组装完整的叶绿体基因组序列，明确其结构特征、系统发育位置。方法 基于Illumina测序平台对细辛叶绿体基因组序列进行结构特征分析；同时，采用最大似然法（maximum likelihood,ML）构建马兜铃科的系统发育关系。结果 华细辛和辽细辛叶绿体基因组全长为160 521～160 555 bp，表现出典型的四分体结构，且两者叶绿体基因组GC含量均为38.5%。细辛叶绿体基因组包含128个基因，其中85个蛋白质编码基因，34个t RNA基因，8个r RNA基因。此外，系统发育分析结果显示，基于完整的叶绿体基因组和蛋白编码数据集构建的拓扑树一致，细辛属物种和马蹄香属物种形成一个支持率的单系分支。结论 细辛叶绿体基因组测序、组装、结构特征分析，发现其大小介于Asarum bracteolata和A. sieboldii var. seoulense之间，IR区存在rpl16、rps19、ycf1、rpl23等基因扩张，研究结果丰富了细辛属植物遗传资源，为该属物种分子鉴定、系统发育以及野生资源保护与开发利用等研究提供理论基础。     

地黄分子鉴定及功能基因研究进展

地黄是我国常见的大宗药材之一,药用历史悠久。近年来,随着分子生物学技术的进步,尤其是高通量测序技术的出现,不仅为地黄的快速鉴定提供了新方法,也较全面地揭示了其种群的遗传多样性和亲缘关系,更为地黄的活性成分合成代谢调控、块根发育、抗逆响应和连作障碍等机制的研究奠定了分子基础。从系统学研究、分子鉴定、功能基因等方面对近年来地黄分子生物学的研究进展进行了综述,并提出3点研究展望,以期为进一步深入开展地黄的分子研究提供参考。     

基于高通量测序的菜头肾叶绿体基因组的组装及序列分析

目的以药用植物菜头肾Championella sarcorrhiza为材料,对其叶绿体基因组进行组装和序列分析,为进一步开展菜头肾遗传与鉴定学研究奠定基础。方法采用高通量测序技术首次对菜头肾叶绿体基因组进行测序,以板蓝叶绿体基因组为参考,进行特征分析和聚类关系研究。结果生物信息学分析表明,菜头肾叶绿体基因组总长为144 713 bp,具有典型的被子植物叶绿体基因组环状四分体结构,GC含量为38.35%;共注释得到129个基因,包括84个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因;蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基。系统发育研究表明,菜头肾与板蓝亲缘关系最近,提示它们在进化上具有共线性。结论建立了适于菜头肾植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为菜头肾的鉴定、系统发育研究奠定了基础。