植物应答高温和干旱胁迫组学研究进展

 近20多年来,基于高通量分析的系统生物学研究飞速发展,组学研究不断拓展。组学研究涉及核酸、蛋白、代谢物、表型等各个层次,包括基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学等一系列组学技术。非生物环境胁迫严重影响植物的生长发育,植物组学的技术方法有助于研究植物对非生物环境胁迫的应答机制。高温和干旱是全球气候变化的两个重要表征,亦是最可能同时出现的两个因子。本文综述基因组学、蛋白组学与代谢组学等组学技术用于分析植物应答高温和干旱胁迫的研究进展,以期为植物应答高温和干旱胁迫研究的未来发展提供参考。     

茶树基因组研究进展

茶树基因组学和遗传学研究的发展,推动了对茶叶品质形成的分子机制和茶树基因组进化的了解.利用44篇参考文献,综述近10年来国内外在茶树基因组和转录组测序、基因挖掘与功能解析、表观遗传学、起源与驯化、代谢组学等方面的研究进展,提出了未来功能基因组研究的前景和可能的挑战.     

植物代谢组学技术研究进展

 代谢组学对生物体或细胞中全部小分子代谢物进行定性、定量分析, 是继基因组学、蛋白组学之后又一门新兴的组学技术。植物代谢物在种类、含量、生理功能方面极具多样性, 因此植物代谢组学在代谢组学的研究中占据重要地位。植物代谢物是植物生理状态在代谢水平的反映, 从整体上研究植物代谢物的变化及其调控将为解析植物生长发育及其与环境因子的互作奠定基础。植物代谢组学已经被广泛的应用于代谢物积累模式及其遗传基础研究、代谢相关基因的鉴定及途径解析方面, 成为现代植物生物学研究中的热点领域之一。本文综述植物代谢组学分析技术的基本组成、发展状况及植物代谢组学应用于现代植物生物学研究的现状和趋势。     

黄曲霉毒素生物合成调控机制的研究进展

黄曲霉毒素生物合成调控机制的研究,对于理解真菌次级代谢物生物合成的调控机制及发展真菌毒素控制将起到重要的作用。真菌基因组学及其他组学技术的快速发展为我们挖掘基因组信息、获取基因表达谱继而为黄曲霉毒素生物合成调控网络及其他真菌次级代谢机制的研究提供基础。真菌次级代谢基因的表达需要不同类型的转录因子进行调控,包括通路特异性转录因子、全局性转录因子及应答各种环境信号的广泛转录因子等,对这些转录因子功能的研究加快了我们对黄曲霉毒素生物合成代谢调控机制的认识。本文主要综述了利用基因组信息对黄曲霉毒素生物合成代谢调控机制中的各类转录调控因子研究现状,并对本实验室多年来在黄曲霉毒素生物合成调控机制方面的研究进行了介绍。     

丝状真菌基因组学研究进展

介绍了真菌,尤其是丝状真菌在基因组学(包括比较基因组学)和功能基因组学(包括转录组学、蛋白质组学、代谢物组学)等研究领域的进展情况。     

代谢组学技术在兽药违规使用监测中的应用及研究进展

兽药残留分析检测技术的开发与创新是动物源性食品安全监测的重要研究内容。作为系统生物学的重要组成部分,代谢组学研究及其检测技术在动物源性食品安全领域发挥了不可或缺的作用。基于当前代谢组学技术在兽药残留检测领域的研究成果,阐述了代谢组学的概念、原理与分类;以"瘦肉精"和类固醇两类违禁兽药残留检测为例,简述了液相色谱串联质谱法(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS)、气相色谱串联质谱法(gas chromatographytandem mass spectrometry,GC-MS)等代谢组学常用检测技术对动物血液、尿液等生物样本进行残留分析检测的应用现状,分析了非靶向代谢组学与靶向代谢组学存在的精确度差与通量低等问题,以及代谢组学技术对大型仪器设备与专业数据库过度依赖的局限性;进一步提出了代谢组学技术在兽药残留检测的应用中应根据样品特点及检测目的,将多技术平台(液相色谱-电喷雾飞行质谱、超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱)、分析平台(主成分分析、偏最小二乘判别分析)与多组学技术(基因组学、转录组学、蛋白组学)联合使用以提高代谢组学技术在兽药残留检测领域的适用性与应用范围,为兽药残留分析检测提供新的研究方向。     

2022年生命科学热点回眸

2022年，为应对全球新冠疫情和其他各种严重疾病，病毒疫苗开发和基因治疗领域的研究都取得了突破性进展，对于粮食作物种植和人类基因组学的研究也有了振奋人心的发现。选取了Omicron变异株、猴痘、呼吸道合胞病毒疫苗、EBV可能导致多发性硬化症、猪器官移植到人体、猪心停跳后恢复全身多器官功能、持续生产的多年生水稻、小麦条锈病分子机制、提高玉米蛋白含量和氮利用率、基因编辑技术和疗法、人类基因组无间隙序列、古基因组学等方面的研究成果进行解读。     

基于高通量测序技术的松材线虫研究进展

松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是松树萎蔫病的病原,严重威胁欧亚等国的松林资源和生态安全。自2011年松材线虫基因组首次公布以来,高通量测序技术成为该病害的重要研究手段之一。笔者从松材线虫的功能基因、非编码RNA、转录表达差异和基因组学等方面综述其致病机理,认为随着高通量测序技术的快速发展,在转录组相关研究方面,可尝试开展空间转录组、单细胞测序等新技术,在染色体基因组的支持下寻找松材线虫中具有潜在调控功能的长链非编码RNA、融合基因和环状RNA等罕见核酸分子,挖掘可能存在的甲基化、RNA编辑、结构变异等未知现象;在基因组学研究方面,可以开展基因家族扩增、大样本全基因组关联分析和数量性状定位等研究,以挖掘与松材线虫致病力和繁殖力等重要性状紧密关联的基因或位点,阐明松材线虫不同种群在进化过程中发生的适应性变化。     

基因转录调控网络模型

摘要：基因转录调控网络是细胞内基因之间的相互作用关系的整体表示，是生命功能在基因表达层面的展现. 最近多种生物信息学（计算分子生物学）工具和高通量实验技术的发展，使得重建复杂的基因调控网络成为可能. 基因调控网络模型试图从DNA微阵列等海量数据中推断基因之间的调控关系，从而揭示复杂的生命现象， 虽远未完成，但从现有实验数据中重建基因调控网络的工作可以促进在分子和遗传水平上系统地剖析细胞的功能，是功能基因组学中的重要研究内容，也是当前生物信息学和系统生物学研究的最具挑战性的前沿课题之一. 简要评述了几类典型数学模型的最新研究进展.     

生物炼制中的微生物细胞工厂

生物炼制是以可再生生物质资源为原料,生产能源与化工产品的新兴工业模式,是转变经济增长模式,保障社会经济可持续发展的重大战略需求。微生物细胞工厂是推动生物炼制技术发展的核心,世界各国纷纷设立重大研究计划支持细胞工厂的研究,以期获得生物炼制技术的领先地位。本文从细胞工厂的构建、基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、综合组学分析等方面出发,回顾了有关微生物细胞工厂基础研究方面的进展,讨论了目前亟待解决的关键问题和研究对策,展望了系统生物技术在构建微生物细胞工厂中的应用前景。     

类胡萝卜素介导的植物花色调控机制研究进展

花色是一种重要的花性状,对于有花植物的观赏园艺、生殖生态以及物种演化均具有非常关键的作用。有花植物花着色的关键决定因素是花色素的合成和沉积。类胡萝卜素作为一类重要的天然色素,不仅具有营养和药理特性,同时还是许多有花植物花着色的呈色色素。笔者对植物中的类胡萝卜素代谢途径及相关基因进行了梳理,并着重总结了类胡萝卜素代谢基因的表达及其转录调控对植物花着色的影响。当前,已知花中类胡萝卜素代谢基因的表达与类胡萝卜素积累及花着色紧密相关,但是关于这些基因在花中的转录调控机制研究还处于起步阶段。植物的花器官似乎采取了与叶、果实等其他器官完全不同的策略来精细调控类胡萝卜素的生物合成与积累,并且不同植物间尚未发现共通之处。笔者基于目前的研究进展,对未来类胡萝卜素介导的花着色调控机制研究进行了展望,认为随着高通量组学技术和现代分子生物学技术的迅猛发展,可尝试结合基因组、转录组、代谢组及最新的单细胞组学和空间组学等多组学技术和遗传转化及以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术,构建多种植物花着色过程中类胡萝卜素代谢的特异性分子调控网络,以期为进一步研究类胡萝卜素介导的花色变异与演化及花色育种提供有益参考。     

基于转录组测序的哈萨克绵羊感染包虫病后小肠组织新转录本预测及分析

前期研究发现具有MHC-DRB1基因单倍型MvaⅠbc-SacⅡab-HinlⅠab的哈萨克绵羊对包虫病具有很强的抵抗能力,但具体机制尚不明确,推测可能与可变剪切形成的小肠组织新转录本具有密切关系,因此,本研究采用PCR-RFLP方法从290只哈萨克绵羊中选择抗病和非抗病个体,分为抗性组(A租)、非抗性组(B组)和空白对照组(C组)。其中A组和B组人工感染包虫病一定时间后,与C组同时宰杀,分别取小肠组织进行Illumina转录组测序,测序结果通过荧光实时定量实验验证后,利用生物信息学方法对各组的新转录本进行预测和分析。结果显示:qRT-PCR验证实验表明转录组测序结果可信度较高,通过生物信息学方法分别从A、B和C组样本中预测出1393、1260、1097个,共计3750个新转录本。转录本所含外显子数与其生物功能多样性具有密切联系,研究发现3个组样品中含有2个以上外显子的新转录本占34.64%(1299个)。研究发现哈萨克绵羊感染包虫病后小肠组织新转录本显著增多,与C组相比A组和B组分别增加了26.98%和14.86%。KEGG Pathway富集分析结果表明,新转录本所对应的差异表达基因被富集到了自然杀伤细胞介导的细胞毒性通路、细胞色素C-P450介导的外源性化学物质代谢途径和视黄醇代谢途径等代谢通路上。结论:研究发现哈萨克绵羊感染包虫病后,不同MHC-DBR1基因型个体的小肠组织中存在大量新转录本,可能与个体抗病性存在相关性。本研究为探讨哈萨克绵羊分子抗病机制和挖掘遗传育种标记提供了新的思路和理论依据。     

基于代谢组学研究的新策略在体育科学中的应用展望

体育科学的发展离不开生物医学的发展,随着后基因组时代的到来,代谢组学研究的策略在体育科学中有了长足的应用。对代谢组学的含义、产生的背景、研究领域以及代谢组学在体育科学中的应用等方面内容进行了介绍,并对当前代谢组学在体育科学研究中存在的问题以及今后的发展趋势试作了探讨,提出了我国体育科学工作者利用代谢组学研究技术进行功能基因组学研究的必要性和可能性。     

高通量测序在蜜蜂基因组中的应用及研究进展

【目的】回顾近些年来在蜜蜂基因组研究领域取得的进展，为后续进一步研究提供参考。【方法】检索蜜蜂高通量测序相关文献并归纳总结，获得高通量测序在蜜蜂基因组中的应用和研究进展。【结果】高通量测序主要应用于蜜蜂线粒体基因组、核基因组和转录组3个方面。目前，蜜蜂属（Apis）下所有9个种的线粒体基因组以及6个种的全基因组已被获得。基于转录组测序分析，一些与蜜蜂重要性状相关的候选基因被靶定。【结论】高通量测序技术的快速发展，使得该技术在蜜蜂基因组学的研究应用范围不断扩大、应用深度不断加深。这为研究蜜蜂分类、系统演化、群体遗传、亲缘关系、群体历史等提供了重要的数据支撑，也为进一步筛选和利用关键基因提供了理论支持。     

代谢组学及其在药用植物研究中的应用

指出了代谢组学是继基因组学和蛋白组学之后新兴的一门研究生物体内源代谢物的种类、数量及其在内外因素作用下变化规律的组学技术,是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支.近年来,随着代谢组学积累的数据和信息量的增大,其在药用植物学各个领域的应用价值也与日俱增.主要对代谢组学的产生、研究方法和技术及其在药用植物研究中的应用进行了阐述,以期为相关研究提供参考.     

基于转录组的福鼎大白茶叶片两种发育阶段的苯丙烷代谢合成途径分析比较

以福鼎大白茶一芽一叶时的第一片嫩叶组织与一芽四叶时的第四片成熟叶组织转录组测序数据为研究对象,利用转录组技术筛选两种发育阶段的差异表达基因。将原始reads与参考基因组进行序列比对,各样品平均比对率为86.16%。将比对到参考基因组上的reads数据标准化并得到样品的FPKM值。相对于成熟叶,嫩叶有1 097个基因上调,1 436个基因下调;通过KEGG代谢通路分析,得到2种叶片中参与苯丙烷代谢途径关键基因的差异,为进一步研究福鼎大白茶苯丙烷代谢合成途径提供理论依据。     

营养基因组学的研究

营养基因组学是在人类基因组计划完成后发展起来的新的学科,它实现了营养学,基因组学,蛋白质组学,代谢组学等学科的交叉。营养基因组学应用后基因组时代的技术与方法研究营养素与人类健康的关系。本文将就营养基因组学的概念,营养基因组学所涉及到的主要技术,以及营养基因组学的主要研究内容进行概述。     

能源植物高粱基因组研究进展

 回顾了高粱基因组学研究的发展进程, 概述了初期组学数据的积累、参考基因组的破译及新一代测序技术和数据分析方法引领下的组学研究进展;介绍了高粱基因组的结构, 从比较基因组学的角度, 分析了高粱基因组的进化及其特性;探讨了高粱功能基因组的研究方法和研究进展, 总结了已经发掘的高粱关键基因和遗传位点, 对高粱组学数据资源进行了归纳。对高粱基因组学的发展方向进行了展望。     

林木分子育种研究的基因组学信息资源述评

分子育种是指利用与性状相关的DNA标记进行选育,也称标记辅助选择或标记辅助育种,广义上还包括基因工程育种和基因组学辅助育种。林木分子育种为早期选择和加速育种提供了极具潜力的高效手段。笔者对林木分子育种研究的基因组学信息资源进行了进展综述和前景展望。近30年来,林木分子标记技术从早期的低通量方法发展到目前基于微阵列芯片和新一代测序的高通量技术,如测序分型、转录组测序、重测序、扩增子测序和外显子组测序等,并广泛用于连锁作图、关联分析和基因组选择等林木性状相关的DNA变异检测研究。随着2006年毛果杨基因组序列的发表,已有50余个树种完成了基因组测序。基于连锁作图和关联研究检测了林木10余个属生长、材性和抗逆及非木质产品品质等性状相关的大量基因组位点,主要趋势表现为：① 表型广泛,涵盖经济性状、生理指标和代谢成分等;②标记数量成千上万甚至上百万,覆盖全基因组;③转录组和降解组等多组学的分子变异开始应用;④ 利用大群体以提高位点检测的精度;⑤ 重视环境的影响,大田试验设置多个地点,解析QTL与环境、年份的互作效应;⑥ 结合参考基因组序列和/或转录组差异表达基因进一步挖掘性状相关的候选基因,建立了桉属、松属和云杉属等主要造林树种的基因组选择模型。此外,积累了泛基因组、相关软件和算法、功能基因、基因组编辑技术及网站和数据库等其他信息资源。林木分子育种面临的挑战主要包括：① 如何获得稳定性好的性状相关基因组位点和基因组选择（GS）模型;② 缺乏自动化、无损和高通量的表型测定技术;③对大基因组的针叶树和一些多倍体树种,仍难获得高质量的基因组序列;④ 标记辅助选择增加了常规育种之外的费用,且存在不确定性;⑤多数树种的加速育种仍较困难。后基因组时代的林木分子育种将有效结合到常规育种程序中,显著促进遗传增益的提高。     

高通量转录组测序的数据分析与基因发掘

高通量转录组测序(RNA-seq)是在转录组水平上进行深度测序的一项技术,为真核生物转录组学的研究开创了新平台,但同时测序所得到的海量数据的生物信息学分析成为科研工作者的一大挑战。对转录组测序技术进行了阐述,重点介绍了转录组测序后的数据分析,以及在真核生物尤其是非模式物种中的基因发掘方法。