基因组研究与生命科学工业的崛起

1990年以来,人类基因组序列已完成测序的和正在测序的共计约330Mb,占人基因组的11％左右;已识别出与人类疾病相关的基因200个左右。此外细菌、古细菌、支原体和酵母等共17种生物的全基因组的序列已经测定。1998年5月至9月间,在人类基因组研究领域中连续爆出了三个引人瞩目的新闻,都是向按部就班的研究进度提出了挑战。 1998年5月9日,美国的基因组研究所负责人克雷格·温特(CraigVenter)宣布将同PE(Perkin-Elmar)公     

基于蛋白质结构的微生物视紫红质系统发生分析

微生物视紫红质是自然界中一类较小的具有7个α螺旋跨膜结构的膜蛋白．目前有功能的微生物视紫红质只发现于单细胞微生物中,但是其分布极为广泛,包括了生物的三界系统．对美国基因数据库（GenBank Database）进行PSI-BLAST搜索后,筛选了38条来自古细菌、细菌和真核生物的视紫红质蛋白质序列并进行了蛋白质结构和序列比对,并对比对结果用了邻接法（Neighbor-joining）和贝叶斯法进行了基于7个α螺旋跨膜结构的系统发生分析．系统发生分析结果表明：这些微生物视紫红质分为3个进化分支,每个分支中按照古细菌,细菌和真核生物的多少可以归类为古细菌类、细菌类和真核生物类微生物视紫红质．虽然这3大类群与生物的三界系统一致,但是每个类群中都混有其他界的微生物视紫红质．水平基因传递可能是导致微生物视紫红质进化上混杂的原因之一．生物的三界系统中都存在微生物视紫红质,说明微生物视紫红质是一种非常古老的基因,其存在可能早于生物三界系统的分化.     

B样条曲线拟合Z曲线算法的实现

Z曲线方法从几何学的角度阐明了如何识别基因,它反映了DNA序列碱基分布的大体走势.本文利用B样条曲线拟合Z曲线,可大幅提高基因序列判别的效率和准确度.     

基于必需基因数据库的微生物必需基因的分析

维持某种生物细胞生长所必需的基因被称为是这个物种的必需基因．这些基因组成了该物种生存所需要的最小基因集合．本文构建了必需基因数据库（DEG）以及探索必需基因数据库的可能应用，应用Z曲线方法分析了枯草杆菌（Bacillus subtilis）中必需基因和非必需基因的核苷酸分布，并且通过蛋白质序列比对的方法对大肠杆菌（E．coli K12）的必需基因进行理论预测，同时分析了大肠杆菌基因组当中必需基因的功能分类，探讨了通过序列比对的方法确定微生物必需基因的可行性．     

基因识别计算方法的回顾与展望

经过20多年的努力，匿名基因组序列基因识别领域取得了引人入胜的成就。基因识别程序已经从最初识别细菌基因组编码蛋白质区域向预测具有多外显子脊椎动物基因的详细结构发起挑战。在基因识别的过程中，计算方法扮演着重要的角色。不过，对预测的结果进行实验验证仍然是必不可少的过程。需要进一步发展和完善具有对长度以百万碱基对为单位的匿名基因组序列进行自动识别的算法和程序。     

高等真核生物基因组isochore边界确定中的对称性

高等真核生物基因组的isochore结构与许多重要的生物学特征相关,而对其边界的确定则是isochore结构分析的重点,同时也是难点.针对基于Z曲线的累积GC轮廓图法、基于Shannon熵的递归分段算法以及基于二次散度的分段算法三种典型的应用,分析出其分段依据本质上是对于基因组序列求取碱基对换对称性的对称中心.基于此结...     

基因识别问题及其算法实现(上)

基因识别是目前生物信息学领域的一个研究热点,采用信号处理方法来识别基因编码序列也受到广泛重视.本文基于DNA序列的3-周期性,利用序列的频谱曲线和信噪比曲线,建立基因识别的简化算法.基于Voss映射,本文提出可变窗宽的DFT算法,代数推导出Voss映射和Z-curve映射下频谱和信噪比的函数关系.关于各类基因的阈值确定,本文运用统计学中的Bootstrap算法,取信噪比序列迭代所得均值的中位数,作为新的阈值,在精度指标下比较四组具有代表性的基因序列的阈值.进一步,运用本文提出算法对待测序列进行数据模型,确定编码区域.     

基于全蛋白质组的微生物系统发育树构建

新近出现的信息离散性度量方法(简称FDOD方法)已在多个领域获得成功的应用,是一种非比对距离方法.随着越来越多的微生物全基因组测序任务的完成,人们开始在整个基因组水平上探讨物种的系统发育关系.因此,将FDOD方法应用于微生物系统发育分析是一项很有意义的工作.因为氨基酸序列比DNA序列更为保守,能为物种的进化分析提供更为有用的信息.对收集到的163个原核生物和5个真核生物,从完全蛋白质组出发去分析推断其系统的发育关系,所得的系统发育树包括145个细菌、18个古细菌和5个真核细菌,这与三界进化理论符合,大部分低层分支与权威的《伯杰氏系统细菌学手册》相同.并且对高层分支关系提出了一些新建议.     

杨树泛基因组构建与基因组变异分析

【目的】杨树是重要的速生用材、生态防护和碳汇造林树种,也是林木遗传研究的模式树种。开展杨树泛基因组构建与基因组变异分析,可为杨树精准育种和林木泛基因组研究提供理论先导。【方法】 以公开发表的高质量杨树基因组序列为基础,分析不同类型的序列变异,总结变异特征,并构建基于基因和图形结构的杨树泛基因组。【结果】 本研究收集到8个杨属树种和3个二倍体或三倍体杨树杂交品种的基因组序列,3个杂交品种包含7个单倍型亚基因组序列,较好地代表了杨树4个组派的基因组特征。分析结果表明,杨树基因组间存在较多大的结构变异。在基于基因的泛基因组中,共线核心基因、非共线核心基因、次核心基因、非必需基因、特异基因占比分别为12.5%、34.9%、31.4%、16.5%、4.7%。其中,非必需基因在功能上具有较高的多样性。以基因组序列变异为基础构建杨树图形结构泛基因组,大幅提升2代测序数据的变异检测效果。通过泛基因组变异热点分析,鉴定出2个与物候关联的基因位点。【结论】 杨属基因组中存在大量染色体重排,进而增加了基因调控的多样性。杨树组/派间的基因组结构变异可能与物候适应存在关联。基于林木基因组序列的复杂性,在林木泛基因组研究中应注意基因组整合范围与研究目标相匹配,结合基因泛基因组和图形结构泛基因组结果,综合解析林木的遗传变异规律和物种演化特征。     

科学家绘出黑猩猩的基因组草图

美国马里兰州基因组研究所和基因组等促进中心研究人员绘出的序列基因约覆盖狗基因组的80 % ,初步分析显示,人类与狗基因组之间约有6 .5亿个碱基对部分相同,在已识别出的2 .4万多个人类基因中,约有75 %在狗基因组中处在对应物。狗是继人和鼠之后的第三种被绘制基因组草图的哺乳动物。根据估计,狗身上有36 0多种遗传疾病与人类疾病相似。因此,测定狗基因组图谱,并将与人类基因组图谱进行比较分析,对寻找人和动物的致病基因都将有帮助。美国科学家绘出狗基因组序列蓝图@张树庸     

原核基因识别中的一种负样本生成算法

在基因识别的两类算法中,判别算法通常需要正负两类样本来训练参数.在原核生物的基因组中,由于可充当负样本的基因间序列太少,如何产生负样本便成为原核基因识别中的一个问题.本文提供了一种基于"自相似映射"的负样本生成算法,与通常使用的随机生成算法不同,该算法不需要生成随机数.本文给出了两种负样本生成算法的比较,并初步讨论了自相似性对于DNA序列分析的意义.     

用于DNA序列结构分析的特征抽取方法

人类基因组计划中的DNA序列图谱是生命科学和基因工程中的伟大成就,要解译隐藏在基因组中的生物信息还有一段很长的路要走,这是因为DNA序列的结构很难分析和识别．作者提出一种用于DNA序列结构分析的特征抽取方法．这种方法采用DNA序列码序的共生概率来抽取高维特征．然后采用相关法和／或贝叶斯分类器来分类结构模式．一些仿真试验的结果表明这种方法适合于DNA序列的结构分析。     

一株多药耐药Comamonas kerstersii细菌的基因组分析（英文）

从1名尿路感染患者中分离出了1株多药耐药的Comamonas kerstersii(C.kerstersii)菌株121606,对其进行了抗微生物药敏试验(AST)和全基因组测序;然后将其与7个具有代表性的Comamonas菌株和Acidovorax菌种进行基因组比较分析,包括使用OrthoANI分析平均核苷酸同一性(ANI),以及通过snpTree网络服务器进行单核苷酸多态性(SNP)分析。最后,使用RAST服务器进行基因组序列,使用OrthoVenn软件对同源簇进行功能注释,通过CARD数据库对抗生素耐药基因(ARGs)进行预测,并利用CRISPR识别工具预测CRISPR,以及利用PHAST软件预测前噬菌体。结果表明：C.kerstersii 121606是一种多药耐药细菌,其遗传成分与其他7个Comamonas和Acidovorax菌种相似;其基因组中存在的ARGs有助于解释其多药耐药机制。这些发现为研究新型抗生素来控制多药耐药C.kerstersii感染提供了有价值的见解。     

16S rDNA序列技术分析鉴定颗粒污泥中的微生物

采用16S rDNA序列分析技术对降解五氯酚的微氧颗粒污泥形成过程中真细菌和古细菌的种群多样性和动态变化进行了研究.通过对DGGE主要条带进行序列比对,发现颗粒污泥中真细菌和古细菌都与不可培养的微生物具有很高的相似性,微氧颗粒污泥中同时存在好氧菌、微氧菌和厌氧菌.通过比较不同菌的相对数量变化发现五氯酚驯化后的颗粒污泥中产生了一系列对五氯酚降解有利的优势细菌和古菌,如Proteobacteria、Sphingomonas、Methanogenic bacterium等.     

酿酒酵母功能基因组学研究进展

随着各种微生物基因组序列信息的积累和测序工作的不断完成,酿酒酵母基因组学研究的重点已由传统的结构基因组学发展到了功能基因组学,并从单一的基因功能研究转向多个或整个基因组系统地去了解真核生物生命活动的本能。对基因组学水平上酿酒酵母功能基因的生物芯片分析,代谢通路和功能图谱,以及比较基因组学研究进行综述。     

绵羊(0vis aries)线粒体DNA的遗传变异类型研究

通过PCR-RFLP和DNA序列测定发现绵羊线粒体基因组内存在的HinfⅠ酶切多态是COⅠ基因第234位的T-C碱基替换的结果.DNA序列分析表明该位点碱基的替换不导致氨基酸的改变,为一同义突变.依据这一单核苷酸多态可直接进行绵羊线粒体基因组的分型鉴定,并可作为绵羊核质基因互作研究、核外基因效应分析及转基因、动物克隆研究中胚胎及个体识别的分子标记.     

酵母snR72～78 snoRNA基因簇的研究

通过PCR分析发现Kluyveromyces delphensis中存在与酿酒酵母相似的snR72～78 snoRNA基因簇.对该基因簇进行序列测定并与酿酒酵母比较分析,发现基因簇中各个snoRNA编码区具有一定的保守性,但是基因间隔区却有完全不同的序列,这表明RNaseⅢ对snoRNA前体加工的识别信号存在于各snoRNA基因间隔区的高级结构中.进一步对另外4种酵母进行PCR分析,结果表明snR72～78 snoRNA基因簇是一种保守的基因组织,普遍存在于各种酵母中.     

疣尾蜥虎线粒体基因组全序列及其基因组成

测定了疣尾蜥虎(Hemidactylus frenatus) 的线粒体基因组全序列.序列全长为16 891 bp, 包括13 个蛋白质编码基因、2 个rRNA 基因和22 个tRNA 基因.除大部分基因由重链编码外,仅1个蛋白编码基因和8个tRNA基因由轻链编码.碱基组成的偏好与其他脊椎动物线粒体DNA接近.没有发现长的基因间隔区,说明该基因组的结构十分紧凑.基因组的组成与典型脊椎动物的相近,即没有发现重排、基因或控制区的重复等在其它有鳞类动物中出现过的异常特征.除单性生殖的壁虎外,现有的壁虎类线粒体基因组在基因含量和顺序上是一致的.作为蜥虎属线粒体基因组全序列的惟一代表,该序列有望在有鳞类系统发生的推断上发挥一定的作用.     

基于信噪比和频谱特征改进的基因预测方法研究

指出了正确识别定位DNA序列中外显子区间是当前生物信息学最基础的问题之一.通过介绍DNA序列的3-周期性、信噪比等概念,引入了固定长度滑动窗口和移动信噪比曲线识别两种基因识别算法,在综合两种算法的复杂度和准确性优势的基础上,提出了基于信噪比特征的基因识别改进算法,并通过实验验证了该算法的有效性与准确性.     

温泉环境宏基因组文库中醛脱氢酶基因的克隆及分析

甲基丙二酸半醛脱氢酶(MMSDH)是唯一需要CoA的一类醛脱氢酶.采用免培养-PCR技术结合基因组步移从宏基因组中成功分离一条MMSDH,获得的MMSDH在序列上具有醛脱氢酶的10个保守模块,以芽胞杆菌的MMSDH为模板预测其三维结构.研究证实采用免培养-PCR技术及基因组步移在微生物基因研究中具有重要的价值,且为新酶的筛选技术提供一条简单有效的途径.