单细胞测序技术及其应用综述

单细胞测序（Single Cell Sequencing,SCS）是下一代测序（Next Generation Sequencing,NGS）方法,主要用于分析细胞之间遗传和蛋白质信息的差异,获取单细胞水平的基因组序列信息,并更好地了解它们在微环境中的具体作用.介绍了SCS的原理和步骤,详细阐述了其单细胞分离方法、核酸扩增和高通量测序类型以及数据分析流程,为理解和设计合适的SCS项目方案并进行数据分析提供了参考.总结了单细胞测序在早期胚胎学、免疫学、肿瘤学、微生物学、神经生物学和干细胞研究等领域的应用并进行展望,有助于更全面地了解SCS的应用情况与发展趋势.     

CRISPR/Cas系统在谱系追踪中的应用

CRISPR/Cas系统是细菌和古生菌的自适应免疫系统,其对基因组高效精准的编辑,极大地推动了发育生物学、表观遗传学、药物开发、疾病治疗等多个学科和研究领域的发展.CRISPR/Cas9系统诱导基因组DNA产生双链断裂,以非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)的方式进行修复,因此会在剪切位置随机地引入短的插入和删除(insertions and deletions,indels).这些引入的indels作为区分细胞的标签,被称为条形码.细胞条形码技术已经被用于谱系追踪、基因组功能筛选等.而测序技术的飞速发展和成本的大幅度降低以及单细胞转录组测序技术的出现,可以在时间和空间层面同时对数百万个单细胞进行谱系追踪,记录细胞活动.本综述讨论了CRISPR/Cas系统的工作原理、细胞条形码技术和单细胞测序技术(scRNA-seq),以及两者结合产生的单细胞谱系追踪技术.     

简化基因组测序技术及其在海洋生物研究中的应用

传统开发遗传标记的方法通常会消耗大量的人力、物力和时间,伴随着高通量测序技术的飞速发展,一种高效的标记开发技术即简化基因组测序技术开始得到广泛应用.简化基因组测序技术可以在一次实验中获得成千上万的遗传标记,建库过程简易,成本较低.其通过实验手段降低基因组的复杂度,仅对部分基因组进行测序,随后在该部分获得的基因组开发分子标记.基于酶切的简化基因组测序技术可分为三大类:简化代表库测序、限制性酶切位点相关DNA测序和低覆盖度的分型测序.在海洋生物研究中,简化基因组测序技术已被广泛应用于群体遗传学、系统进化学、适应性进化、遗传图谱构建及数量性状位点定位等研究领域.     

单细胞转录组测序在肿瘤研究中的应用进展

单细胞RNA测序(scRNA-seq)是一种在单细胞水平上分析复杂组织转录的技术,可以识别单细胞基因组突变引起的差异基因表达,以及新的细胞特异性标记和细胞类型.在肿瘤研究的各个方面,scRNA-seq起着重要的作用.利用49篇文献综述了scRNA-seq的原理,重点是scRNA-seq在肿瘤异质性、发病机制和治疗中的应...     

标本组学——树木学研究的新方法

树木学是一门不断发展、高度综合的学科。系统发生是树木学的基础,研究材料和序列数据一直是限制系统发生重建的重要因素。新技术的发展和应用通过拓展材料利用、改进和提升系统发生树的分辨率而将树木学的研究推向新的高度。标本馆不仅是树木物种凭证标本的保存地,保存了物种的形态、地理分布、生态、物候等信息,而且是重要的材料库。标本材料因制作和保存过程中高温和氧化导致基因组DNA降解和破碎化,一代测序技术由于技术限制而无法充分利用馆藏标本开展生命之树重建研究。新兴的标本组学是近年来基于二代测序技术发展起来的获取标本材料中基因组DNA的技术,这种技术通过对短片段测序和生物信息学方法拼接获得基因组DNA序列,因此可以充分利用馆藏标本材料,结合浅层测序和靶序列捕获能获得包括nrITS、叶绿体基因组、线粒体基因组以及单拷贝核基因等序列,从而满足系统发生重建的需要,且有着经济、省时、高效、准确的优势。新兴标本组学的应用将加速生命之树重建、DNA条形码、物种保护和资源可持续利用等方面的研究。     

单细胞凝胶电泳检测DNA损伤的方法及应用

单细胞凝胶电泳又称彗星试验,是一种在单细胞水平上检测DNA单、双链断裂和碱性不稳定位点的方法,具有敏感、稳定、快速的优点.近些年来,该方法广泛应用于遗传毒理、环境监测和细胞凋亡等的研究.本文就彗星试验检测DNA损伤方法的原理,评价指标,影响因素以及在一些方面的具体应用进行了综述.     

研究揭示受精卵DNA去甲基化重要机制

正近日,由中科院上海生科院生化与细胞所徐国良研究组、李劲松研究组和北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组共同完成的一项研究发现,小鼠早期胚胎中母源和父源基因组在单细胞的受精卵阶段,均会发生大规模的DNA主动和被动去甲基化,DNA双加氧酶Tet3介导了主动去甲基化的发生,而糖苷酶TDG并不参与该过程。研究中,科学家利用最近发展的单细胞简并代表性甲基化测序、发夹DNA甲基化测序以     

野生杏遗传多样性研究

采用DNA测序技术对原产于我国新疆伊犁河谷地区的杏(Armenica vulgaris Lamarck)进行了群体样本测序.对所获得的野生杏单拷贝核基因Adh1序列进行了分析.结果表明:不同野杏居群的核苷酸多态性和单倍型多态性没有显著差异.Gapdh基因序列的分析显示,各野生杏居群的核苷酸多态性和单倍型多态性相对较低,特别是巩留县核桃沟的野生杏居群,其核苷酸多态性和单倍型多态性均为0.此外,AMOVA分析结果表明,遗传变异主要发生在居群内,而居群之间没有明显的遗传分化.研究结果不仅揭示了野生杏居群的遗传多样性,而且为杏的遗传资源研究保护提供了科学依据.     

单细胞组学数据库的研究进展

随着测序技术的发展，目前单细胞测序已经成为生命科学各研究方向的前沿技术.单细胞测序技术是指在单个细胞的水平上对其携带的遗传信息进行高通量测序分析的技术.在2011年和2013年，单细胞测序技术分别被《Nature Methods》和《Science》列为年度最值得期待和关注的技术之一.随后单细胞测序数据呈现指数级增长，使得在海量的数据中寻找有用信息成为一个难题，整合单细胞测序数据的数据库有效地解决了该问题.概述了近年来有关单细胞数据库的研究进展，结合单细胞测序技术的重要性探讨单细胞数据库的功能特点及适用范围，并提出未来单细胞数据库发展的趋势.     

DNA甲基化数据的可视化分析

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,在生长发育、基因调控、染色质结构、分子印记以及许多疾病中起着至关重要的作用.随着各种测序技术的不断发展产生了大量的DNA甲基化数据,对其数据进行分析是目前DNA甲基化研究的一个热点和难点.目前针对于DNA甲基化数据的研究主要体现在基因组的局部区域上,而针对全基因组的分析则无法直观表现.为了更加直观的分析同一位点不同修饰信号的DNA甲基化数据间的差别,本文采用了一种专门针对表观遗传研究的数据库—WashU Epigenome Browser,针对人类表观遗传学药物数据库(HEDD)中的疾病数据,可视化的分析不同修饰信号间的差异并用数据波峰图来解释说明.     

RAD-seq技术在鱼类基因组学中的研究进展

限制性酶切位点相关DNA测序(restriction-site associated DNA sequencing,RAD-seq)是在二代测序技术上发展起来的简化基因组测序技术,该技术操作简单、实验成本低、并且简化了基因组的复杂度.鱼类是脊椎动物中物种数最多的类群,由于生活环境的不同,造就了丰富的物种多样性,常作为基因组学的研究对象.目前,在鱼类基因组学研究中,RAD-seq技术广泛应用于鱼类的系统发育、物种分化、遗传图谱、群体遗传和适应性进化等方面的研究.研究主要基于RAD-seq技术在鱼类基因组学中的研究进展进行综述,以期为鱼类资源的保护和合理利用提供参考依据.     

纳米孔DNA测序:我们在哪了?(英文)

纳米孔DNA测序技术是一类重要的DNA测序技术,可以实现长链DNA序的快速读取.一个DNA分子可以以毫秒每碱基,甚至更快的速度通过纳米孔,从而有可能实现在1 h以内完成人类全基因组测序.与下一代DNA测序技术(next generation DNA sequencing,NGS)相比较,纳米孔DNA测序技术可以实现单分子测序,无需使用酶进行样品扩增.纳米孔DNA测序技术是后NGS时代极具潜力的DNA测序技术.本文将介绍纳米孔DNA测序技术的研究现状,并讨论在这个快速发展的领域当中面临的挑战和机遇.     

外显子组测序技术述评

外显子组测序主要包括3个步骤:目标序列的富集、DNA测序、生物信息学分析。笔者介绍了外显子组测序技术及其在遗传研究中的应用,分析了该技术的优势和不足,并对其应用前景进行了展望。与转录组和全基因组测序技术相比,外显子组测序在编码基因获取方面具有高效、准确、低成本的特点; 与全基因组关联分析技术(Genome-wide association analysis, GWAS)相比,能有效检测基因组中编码基因的稀有变异,但还不能检测到基因组水平上较大的结构性变异以及内含子区域的信息。目前,外显子组测序技术在人类单基因控制的遗传疾病和多基因控制的复杂疾病的分子机理研究中,能准确找到孟德尔遗传疾病致病基因; 在动植物上能成功检测到目标编码区的核苷酸变化。随着模式木本植物全基因组测序的完成,利用该技术可以加快对木本植物性别、林木抗逆性及生长等重要性状基因的定位,应用前景广阔。     

科学家实现玉米单细胞测序

<正>日前,华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室教授严建兵团队率先实现了玉米单细胞测序。四分体是一次细胞减数分裂后的直接产物,是遗传重组分析的理想材料。分离四分体的四个小孢子并进行单细胞基因型分析是研究遗传重组机制的最佳方案,尽管目前动物单     

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。     

不同类型DNA提取试剂盒提取牦牛乳粉DNA效果的比较

以牦牛乳粉为材料,采用了细胞/组织/血液基因组提取试剂盒、植物基因组提取试剂盒及食物核酸提取试剂盒3种不同类型的DNA提取试剂盒提取牦牛乳粉的基因组DNA,使用核酸和蛋白质分析仪检测后表明3种提取方法获得的DNA浓度相近;使用牦牛线粒体中细胞色素b的DNA序列特异性探针引物对所得的3种DNA进行实时荧光PCR,都获得了特异性扩增。结果表明3种类型的DNA提取试剂盒提取的牦牛乳粉基因组DNA都可以用于牦牛乳粉的分子特异性研究,综合提取操作的难易程度、耗时长短、成本高低及提取DNA的浓度分析,细胞/组织/血液基因组提取试剂盒为最佳选择。但食物核酸提取试剂盒的提取步骤简单,消解更彻底,更适用于一次性提取较多样本的基因组DNA。     

全基因组测序技术研究及其在木本植物中的应用

基因组序列是开展遗传研究重要的信息基础,随着测序技术飞速发展至第3代长片段测序方法,测序读长历经从几十到数万个碱基的提升,对进一步提升基因组组装的完整度以及准确性提供了极大的裨益。现已完成了大量植物种全基因组测序工作,其中木本植物有40多个,还有更多树种的全基因组测序正在进行之中。针对各类测序技术的基因组组装及后续分析,研究人员也开发了大量的生物信息学工具。笔者从测序技术、基因组装技术和全基因组测序生物信息学分析等方面,罗列了目前已完成全基因组测序的木本植物,介绍了全基因组测序技术的发展与应用,以及适用于第3代数据基因组组装的生物学分析软件,为林木基因组研究者提供一定的借鉴。     

中国科学家绘制出首个哺乳动物细胞图谱

正浙江大学医学院干细胞与再生医学中心郭国骥教授团队研发出低成本、高效率、完全国产化的高通量单细胞测序平台"Microwell-seq",并在短时间内利用这一平台构建全球首个哺乳动物的细胞图谱。该成果于23日刊登在国际学术期刊《细胞》杂志上。细胞是生命最小的独立遗传单位。传统的测序技术"看"的是一组一组、成群的细胞,"读"的是一堆细     

基于单细胞凝胶电泳法的不同烷化剂导致DNA损伤的比较研究

从单细胞水平考察单官能团和双官能团烷化剂引起DNA损伤的差异.采用单细胞凝胶电泳法检测并比较单官能团烷化剂甲基亚硝基脲与双官能团烷化剂尼莫司汀在不同浓度下对DNA的损伤情况.研究结果表明药物浓度与彗星尾部DNA含量之间存在线性关系.为了检测DNA交联损伤,选择加入断裂剂作为对照,结果显示双官能团烷化剂尼莫司汀能引起显著的DNA交联.本文从细胞毒性作用和DNA损伤水平考察了烷化剂的毒性,为阐明烷化剂的致癌和抗癌机制提供理论基础.     

原核DNA甲基化的表观调控作用的研究进展

自从2009年第三代DNA测序技术平台商业化以来，测序、绘制原核DNA甲基化组飞速发展，10余年来已完成甲基化组测序的细菌超过4 000种，极大推动了原核表观遗传学的研究.越来越多的研究表明，DNA甲基化修饰不仅仅局限于宿主的防御功能，而且广泛参与各种细胞过程及基因的表达调控，在染色体的复制起始、细胞周期、致病性、抗生素抗性等方面起到了重要的作用.在简要回顾原核DNA甲基转移酶及其甲基化修饰的相关研究的基础上，着重对近期原核甲基化修饰的调控作用的研究进展进行综述，以期推动原核甲基化修饰表观遗传的研究.