基于流式细胞术和基因组survey分析的地黄基因组研究

目的地黄Rehmannia glutinosa是我国传统中药,具有较高的药用价值和经济价值。利用流式细胞技术和高通量测序技术,分析了地黄基因组大小和特征等信息,为绘制地黄全基因组精细图谱提供依据。方法将已知基因组大小的大豆Glycine max和辣椒Capsicum annuum作为对照,用流式细胞技术估算地黄基因组大小。然后利用高通量测序技术对地黄基因组进行survey分析,通过生物信息学分析获得了地黄全基因组重复序列比例、基因组杂合度以及GC含量等信息。结果根据流式细胞实验结果,地黄基因组大小介于大豆和辣椒之间,估算地黄基因组大小应在2.00~2.12 Gb。通过高通量测序,获得了132.79 Gb高质量的数据,总测序深度约为66.40×,估算地黄基因组大小为2.03 Gb。根据Kmer分布情况,估算地黄基因组重复序列比例为78.48%,杂合度为1.93%,GC含量为37.27%。从基因组基本结构特征上看,地黄基因组属于高重复、高杂合、大基因组的复杂基因组。结论获得了地黄基因组大小和特征等信息,这些信息将为绘制地黄全基因组的精细图谱奠定基础,也为阐明地黄有效成分的生物合成和调控途径提供依据。     

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。     

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。     

湖北麦冬、川麦冬及杭麦冬叶绿体基因组分析

目的:测定湖北麦冬、川麦冬及杭麦冬叶绿体基因组,分析其序列特征并完成特异性DNA条形码筛选。方法:通过高通量测序技术对湖北麦冬、川麦冬及杭麦冬叶绿体基因组进行测序、拼接及注释,利用生物信息学方法对叶绿体基因组结构特征及系统发育进行分析。结果:湖北麦冬的叶绿体基因组全长155 998 bp,鸟嘌呤与胞嘧啶(GC)总量37. 7%,成功注释出85个蛋白编码基因,37个转运RNA(tRNA)基因和8个核糖体RNA(rRNA)基因,检测到274个简单重复序列(SSR),编码亮氨酸的密码子数量最多,编码色氨酸的密码子数量最少;川麦冬叶绿体基因组全长156 078 bp,GC总量37. 8%,成功注释出85个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因,检测到265个SSR,编码亮氨酸的密码子数量最多,编码色氨酸的密码子数量最少;杭麦冬叶绿体基因组全长156 207 bp,GC总量37. 7%,成功注释出85个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因,检测到274个SSR,编码亮氨酸的密码子数量最多,编码色氨酸的密码子数量最少。结论:系统发育树显示,与川麦冬相比,湖北麦冬与杭麦冬的亲缘关系更近。湖北麦冬、杭麦冬及川麦冬非编码区变异程度均大于编码区,叶绿体基因组可作为山麦冬属及沿阶草属植物物种鉴定的超级条形码。     

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...     

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。     

尖刀唇石斛和翅梗石斛叶绿体全基因组分析

目的 测定尖刀唇石斛Dendrobium heterocarpum和翅梗石斛D. trigonopus叶绿体基因组,分析其序列特征并鉴定石斛属Dendrobium植物物种间亲缘关系。方法 利用Illumina Hisep 2 500测序平台对尖刀唇石斛和翅梗石斛进行二代测序,经组装、注释后得到2条完整的叶绿体全基因组序列,采用生物信息学方法分析其序列结构及石斛属的系统发育关系。结果尖刀唇石斛的叶绿体全基因组总长为159 786 bp,总GC含量为37.2%,共注释得到131个基因,包括88个蛋白编码基因、37个t RNA基因和6个rRNA基因;翅梗石斛的叶绿体全基因组总长为159652bp,总GC含量为37.1%,共注释得到131个基因,包括88个蛋白编码基因、37个tRNA基因和6个rRNA基因。尖刀唇石斛和翅梗石斛分别检测到112和127个简单重复序列（SSR）,二者编码亮氨酸的密码子数量最多,编码色氨酸的密码子数量最少。系统发育树显示,尖刀唇石斛、反瓣石斛D. ellipsophyllum、翅梗石斛、梳唇石斛D. strongylanthum和长距石斛D. longicornu聚...     

基于PacBio测序的对叶百部叶绿体基因组结构及系统发育分析

目的：获得对叶百部Stemona tuberosa高质量叶绿体基因组信息,明确其结构、序列特征,同时确定对叶百部的系统发育地位。方法：采用Illumina NovaSeq 6000和PacBio RSⅡ平台对对叶百部分别进行建库测序,利用生物信息软件将2个测序平台的数据进行混合组装和碱基校正,最终获得高质量叶绿体基因组,随后对其序列特征、重复序列、基因多样性和系统发育进行分析。结果：对叶百部叶绿体基因组大小为154 379 bp,叶绿体基因组结构为典型环状四段式,1对27 074 bp的反向重复区（IR）,1个大小为17 924 bp的小单拷贝区（SSC）和1个82 307 bp的大单拷贝区（LSC）,平均鸟嘌呤和肥嘧啶所占的比率（GC）含量为37.86%;共注释得到121个基因,包括30个tRNA基因,4个rRNA基因和87蛋白编码基因,其中6个tRNA基因和12个蛋白质编码基因中存在内含子;对叶百部叶绿体基因组中共发现49个长重复序列和59个单核苷酸简单重复序列（SSR）;4个百部属的叶绿体基因组比较分析表明ycf1和ndhF基因具有高度多样性;基于叶绿体基因组构建的系统发育树与对...     

栽培奇楠沉香叶绿体基因组特征及系统发育分析北大核心CSCD

以栽培奇楠沉香“糖结”叶片为材料,利用高通量测序技术获取其叶绿体基因组,并结合NCBI下载的12个沉香属叶绿体基因组,采用生物信息学方法明确其叶绿体基因组特征及系统发育关系。结果表明,栽培奇楠沉香“糖结”的叶绿体基因组序列长度为174 909 bp,GC量为36.7%,共注释基因136个,其中蛋白质编码基因为90个、tRNA为38个、rRNA为8个。重复序列分析共检测得到80个SSR和124个长重复序列,其中,SSR大部分由A和T碱基重复组成。密码子偏好性分析结果表明AUU是使用次数最多的密码子,密码子倾向使用A和U结尾。沉香属叶绿体基因组比较分析显示,IR区边界相对保守,共获得5个高变异区域:trnD-trnY、trnT-trnL、trnF-ndhJ、petA-cemA、rpl32,可作为潜在的沉香属特异性DNA条形码。选择压力分析结果表明rbcL、rps11、rpl32基因参与正向选择。系统发育分析结果显示栽培奇楠沉香“糖结”和白木香聚为一支(支持率100%),支持国产奇楠沉香种质基原植物为白木香。该研究得到的叶绿体基因组数据可为栽培奇楠沉香的遗传多样性研究和沉香属分子鉴定奠定基础。     

五月艾Artemisia indica叶绿体基因组结构及系统发育分析北大核心CSCD

五月艾Artemisia indica是菊科蒿属重要的药用植物,但目前对于五月艾分子遗传信息了解很少。该研究通过高通量测序技术对五月艾叶绿体基因组进行测序、组装和注释,并对其序列特征、重复序列、密码子偏好性和系统发育进行分析。结果表明,五月艾叶绿体基因组全长151 161 bp,为典型的环状四段式结构,包括2个反向重复区(IRs),1个大单拷贝区(LSC)和1个小单拷贝区(SSC),GC量为37.47%;共注释到132个基因,去重复之后为114个,包括80个蛋白编码基因,30个tRNA基因和4个rRNA基因。从叶绿体基因组中共检测到50个长重复序列和191个SSR,其中SSR类型主要以单核苷酸为主。密码子偏好性分析显示,亮氨酸是五月艾叶绿体基因组中使用次数最高的氨基酸(10.77%),同义密码子相对使用频次(RSCU,relative synonymous codon usage)>1的密码子有30种且均以A/U结尾。基于菊科19个物种叶绿体基因组构建的系统发育树显示,五月艾与艾叶的亲缘关系最近,蒿属物种聚为单独的进化分支。该研究结果将为蒿属药用植物遗传多样性和资源保护提供理论依据。     

新老产地川芎中酚酸类成分的含量比较及川芎等级划分内涵研究

目的:分析川芎个重与其有效成分相关性,揭示川芎等级划分的内涵;比较新老产地川芎中阿魏酸、总酚酸的含量,为川芎的质量控制提供参考.方法:采用高效液相色谱法测定新老产地川芎中阿魏酸含量;采用紫外分光光度法,以没食子酸为对照品测定新老产地川芎中总酚酸含量;采用SPSS软件分析川芎个重与其阿魏酸、总酚酸相关性.结果:新老产地川芎中阿魏酸含量为0.173 4％ ～0.312 9％,总酚酸含量为0.978 6％ ～1.472 3％,新老产地川芎的阿魏酸、总酚酸含量差异较小,川芎个重与其阿魏酸含量呈正相关关系.结论:新老产地川芎中阿魏酸、总酚酸含量没有明显差异,表明新新产地与老产地适宜川芎的栽培种植,可通过新新产地的引种栽培来缓解药材的供需矛盾;川芎药材平均个重与阿魏酸含量呈正相关关系,该结论揭示了川芎等级划分的内涵,为中药材等级划分提供了理论支撑.     

川芎转录组SSR分析与EST-SSR标记的开发

该研究通过组装川芎根转录组数据获得24 422个unigene,随后对得到的unigene进行了SSR检测,共检测到4 073个SSR位点。对检测到的EST-SSR进行特征分析,结果显示单核苷酸重复最多,占41.0%。SSR所在序列功能注释结果显示在Nr中有2 201条序列能够被注释,同时SSR所在序列还被注释到49个GO分类和242个KEGG代谢通路中。利用SSR检测结果进行了EST-SSR标记开发,合成其中235对引物进行验证,74对扩增效果较好。利用74对EST-SSR引物对34个川芎资源进行遗传多样性分析,结果显示收集的川芎资源多样性较好,UPGMA聚类显示川芎资源分为两大类,聚类结果表现出一定的地域性,PCo A分析与UPGMA聚类结果类似。该研究首次对川芎进行EST-SSR分析和标记开发,对推动川芎资源遗传多样性研究、品种纯度检测、基因定位和分子育种等具有重要意义。     

川芎种质鉴定标记开发和系统发育研究

目的基于藁本属Ligusticum叶绿体基因组高频插入缺失区域开发InDel标记,同时结合通用条形码对道地川芎及其常用混伪品进行种质鉴定和系统发育研究。方法通过8个DNA通用条形码ycf1、matK、ITS2、rpoC1、rbcL、rpoB、trnK、psbA-trnH序列片段对采集的26个川芎样品及其常用混伪品进行了扩增和测序,采用了遗传距离统计法、barcoding gap分析法和构建系统发育树法进行亲缘关系和系统发育研究。同时利用InDel分子标记,采用构建进化树法对道地川芎及其混伪品物种进行分子鉴定。结果 rbcL片段保守位点最多(97.32%),且GC含量最高(44.9%)。rbcL+rpoB片段具有最小的平均种内遗传距离(0.002 5),psbA-trnH片段具有最大的平均种间遗传距离(0.429 2)。trnK片段和rbcL+rpoB片段具有最高的种间变异,psbA-trnH片段的"barcodinggap"区重叠度最小。采用的8对DNA通用条形码无法准确地鉴定道地川芎药材与其他混伪品物种。InDel分子标记的聚类分析中,24对InDel引物中的4对引物组合能准确地鉴定出道地川芎,并将道地川芎及其混伪品物种聚类为4个分支,其中一个分支为采集的道地川产川芎药材。结论 InDel标记对道地川芎及其常用混伪品的鉴定能力高于通用条形码。对于传统的通用DNA条形码,由于遗传成分差异大,无法区分川芎及其常用混伪品。新开发出的InDel分子标记可以有效地鉴定道地川芎及其常用混伪品,从分子水平上为川芎道地性研究提供有效手段。     

草果叶绿体基因组特征及系统发育分析

目的明确草果Amomumtsao-ko叶绿体基因组结构特征及其在姜科的进化地位。方法利用IlluminaHiseq4000测序平台对草果叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学分析方法进行序列组装、注释和特征分析,并以绿苞闭鞘姜为外类群,通过MEGA6软件构建ML系统发育树,分析姜科物种间系统发育关系。结果草果叶绿体基因组全长163 648 bp,鸟嘌呤和胞嘧啶含量(guanine-cytosine content,GC)为36.0%,包括一对29 776 bp的反向重复区(IRs)、一个大单拷贝区(LSC,88 741 bp)和一个小单拷贝区(SSC,15 355 bp);共注释得到113个基因,包括4个rRNA基因、30个t RNA基因和79个蛋白编码基因;在草果叶绿体基因组中共检测到123个SSR位点,大部分SSR均由A和T组成;豆蔻属物种叶绿体基因组大小和结构相似,IR边界高度保守;聚类分析显示草果与豆蔻属的海南砂A.longiligulare、阳春砂A.villosum、绿壳砂A.villosum var. xanthioides、爪哇白豆蔻A. compactum和白豆蔻A. kravanh亲缘关系最近;适应性进化分析发现rpl20、rps11、ccsA、clpP、ycf1和ycf2 6个基因在进化过程中被正向选择。结论获得了完整的草果叶绿体基因组序列,明确了姜科物种间的亲缘关系,为研究豆蔻属植物的系统进化及物种鉴定提供科学依据。     

新老产地川芎中3种内酯成分的含量测定

目的: 建立同时测定川芎中主要内酯成分(洋川芎内酯A、阿魏酸松柏酯、藁苯内酯)的方法,比较新老产地川芎药材中3种内酯成分的含量差异。 方法: 采用单因素考察同时提取3种内酯成分的最佳条件,采用反相高效液相色谱法测定3种内酯成分含量。 结果: 新老产地川芎中3种内酯成分含量差异较大,其中差异最大为阿魏酸松柏酯,其次是洋川芎内酯A、藁苯内酯。通过聚类分析发现3种内酯成分没有地域分布规律。 结论: 所建立的方法操作简便、灵敏快速、重复性好,可用于川芎药材的质量控制;新老产地川芎的内酯含量比较为川芎的引种栽培、品质评价供依据。