基于全基因组重测序数据的新疆褐牛基因组结构变异检测及群体结构分析

旨在鉴定新疆褐牛基因组结构变异(structure variation,SVs)特征,并在此基础上探索新疆褐牛培育过程中受到影响的结构变异。本研究基于全基因组重测序数据,利用Manta、Delly、Lumpy三款软件对新疆褐牛及其父母本(瑞士褐牛、哈萨克牛)以及中国西门塔尔牛基因组结构变异进行检测,之后利用主成分分析、构建系统发育树和遗传分化指数(F_(ST))将新疆褐牛基因组与其余3个品种进行比较分析。结果显示,4个牛品种共检测出54969个SVs,缺失型变异占比最高(56.59%),插入型变异占比最少(0.03%)。从数量上看,这些SVs在染色体上的分布呈现出随染色体号变大而逐渐减少的趋势。不同品种间存在共有变异和品种特有变异,其中地方品种哈萨克牛拥有的特有SVs数量最多。主成分分析和系统发育树结果发现,新疆褐牛同哈萨克牛和瑞士褐牛具有较近的亲缘关系。经选择信号分析、基因注释和富集分析,挖掘出了一批与产奶性状(PI 4K2A、ELOVL3、ECHS1、SCD、TCF 7L2、PNLIPRP2、BTRC、PLCE 1)、生长发育(BMP6、TLL2、MAPK9、ROR 2)、适应性(PRKC B)以及免疫(GSTO2、GSTO 1)相关的关键基因。本研究从结构变异上解析新疆褐牛的特征,并揭示一些新疆褐牛培育过程中高度分化的基因,为推动新疆褐牛的遗传改良提供了基础资料。

基于全基因组重测序分析大尾寒羊基因组变异特征和群体结构

旨在了解大尾寒羊基因组遗传变异特征和群体结构,可以为更好地保护和利用大尾寒羊提供指导。本研究对170只(66只公羊,104只母羊)大尾寒羊进行了全基因组重测序,利用GATK、Manta、Plink等软件对大尾寒羊基因组遗传变异、群体结构和连锁不平衡等进行了分析,以期了解大尾寒羊基因组变异特征和群体结构。测序共获得1599.56 G高质量数据(平均9.409 G·只^(-1))。大尾寒羊群体中共发现50276079个SNPs和7240540个InDel,它们多分布于基因间和内含子区域。群体的基因组结构性变异(SV)最多的类型为染色体间的易位(CTX),平均每只羊有415.82个CTX,主要分布在基因间区域;发生拷贝数变异(CNV)最多的区域在外显子,平均每只羊有175个。主成分分析显示,大尾寒羊个体较分散,聚集不集中。结合亲缘关系、系统发育树和群体结构,将大尾寒羊分为6个家系,各家系含量差别较大,体型有差异。群体聚类分析中发现有些个体祖先成分较为单一。群体连锁不平衡(LD)分析显示LD衰减速度快,群体遗传多样性较高。驯化中受选择的基因主要与脂质代谢和产热有关。综上,大尾寒羊群体包含6个家系,遗传多样性较丰富,保种效果良好,建议对小家系进行扩繁,大家系注意减少近交,确保家系结构平衡,同时注重大尾寒羊的开发和利用。

牦牛基因组结构变异研究进展

基因组结构变异(Structural variation,SV)通常是指基因组内影响DNA序列长度或方向导致其发生变化的变异形式,包括缺失、插入、重复、易位和倒位。SV通过基因剂量效应和位置效应直接或间接影响基因的表达,进而导致物种发生表型变异。近10年来,随着全基因组重测序技术和高密度芯片技术的快速发展,牦牛基因组SV研究也取得了重要进展。本文就基因组SV类型、形成机制和检测方法进行阐释,并将近10年来牦牛基因组SV的研究现状进行了综述,以期为牦牛组学的深入研究、加快牦牛分子育种进程提供参考。

猪基因组结构变异图谱绘制成功

猪是最重要的家畜之一。此前有研究表明猪的重要经济性状(生长、饲料效率和健康等)与结构变异有关,但由于受样本量、品种、技术手段等因素的限制,无法对其相关性进行精准评估,阻碍了猪的品种改良进展。近日,中国农业科学院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)动物功能基因组学创新团队构建了迄今为止最全面的猪基因组结构变异图谱。相关研究成果发表在《基因组生物学(Genome Biology)》上。

被子植物叶绿体基因组的结构变异研究进展

叶绿体是绿色植物特有的细胞器,其基因组信息被广泛应用于植物系统发育和比较基因组学研究。目前,越来越多的物种有了叶绿体全基因组序列,人们对叶绿体基因组的结构及其变异规律有了更深入的了解。该文对近年来国内外有关被子植物叶绿体基因组插入/缺失、短片段倒位与重复、基因组结构重排以及基因丢失等结构变异式样的研究进展进行综述,并分析了叶绿体基因组结构研究中仍存在的问题以及该领域未来的发展趋势。

十字花科植物叶绿体基因组结构及变异分析

该研究比较了十字花科22个属22个物种的叶绿体基因组,以揭示十字花科叶绿体基因组的一般特征和变异特征。结果发现:(1)基因组大小为150kb左右,不同植物的叶绿体基因组之间存在1~5kb的差异,基因组大小的差异主要是大单拷贝(LSC)长度的差异引起的。(2)十字花科物种基因顺序基本一致,未检测到基因的重排和倒置事件。(3)trnY、trnG、ycf15、rps16基因在一些物种中发生丢失,petB、petD内含子序列也在个别物种内丢失。(4)基因组的4个边界相对保守,反向重复区a-大单拷贝区(IRa-LSC)边界处于rps19基因上,反向重复区a-小单拷贝区(IRa-SSC)边界在所有物种中均位于ycf1基因中,但是rps19和ycf1在边界两侧的长度具有差异,反向重复区b-小单拷贝区(IRb-SSC)边界在大部分物种中位于ycf1假基因和ndhF基因的重叠区内,而在庭荠(Alyssum desertorum)、小花南芥(Arabis alpina)2个物种中发生了改变,分别位于ycf1假基因和ndhF基因内。(5)29个蛋白编码基因长度发生变化,基因长度的变异来源于基因内含子或者编码区长度的改变,ycf1基因长度在3个物种中发生了大片段的缺失,部分基因长度的变化具有明显的系统发育信号。(6)基于叶绿体基因组数据构建的系统发育树具有较好的分辨率,各个进化分支具有较高的支持率。研究结果表明,利用叶绿体基因组数据可以为解决进化较快、系统发育分辨率低的植物类群的系统分类和系统发育关系提供更有力的证据。

一株高度变异的中国SV40分离株的全基因组序列分析

对SV40中国云南分离株YNQD38进行了全基因组核苷酸序列测定。覆盖了整个基因组的9个重叠的基因片段被扩增和测序，与其它SV40株进行了序列比对并基于全基因序列建立了遗传进化树。结果显示：基因组全长5125bp，基因组构成与其它SV40毒株相似，均有6个开放读码框架和1个调控区。YNQD38与已被证实高度保守的其它SV40比，全基因组核苷酸同源性仅为91．0％。在SV40的保守区VP1、VP2、VP3、小t抗原（t—ag）和部分大T抗原（不包括大T抗原C末端）区，YNQD38与其它SV40之间核苷酸同源性分别为90．7％～91．1％、91．7％～92．0％、90．2％～90.8％、92.8％～93．3％、88．5％～89．7％。在SV40的可变区大T抗原C末端（T—ag—C）编码区，YNQD38同源性更低，仅为65．7％～74．3％。YNQD38发生在保守区的核苷酸变异多为无义突变，而发生在变异区的核苷酸变异多为有义突变。YNQD38的调控区缺少一个完整的72bp增强子，这种特别的调控区的结构以前未见报道。基于整个基因组构建的进化树显示该株病毒形成了一个独特的组。以上结果表明YNQD38是目前报道的SV40中变异最大的一株，而且也是第一株被完整测序的SV40中国株。这个报道不仅为SV40中国株的基础研究提供了一个完整清楚的分子生物学资料，还对这样一株高度变异的SV40能否成为人类致病因子进行了初步探讨。

人类基因组结构变异

基因组结构变异通常是指基因组内大于1kb的DNA片段缺失、插入、重复、倒位、易位以及DNA拷贝数目变化(CNVs)。人类基因组结构变异涉及数千片段不连续的基因组区域,含数百万DNA碱基对,可含数个基因及调控序列,多种基因功能因此缺失或改变,导致机体表型变化、疾病易感性改变或发生疾病。对基因组结构变异的研究,有助于用动态的观点全面分析基因组遗传变异得到整合的基因型,理解结构变异的潜在医学作用及机体整体功能的复杂性。文章从人类基因组结构变异的类型、研究方法,对个体表型、疾病及生物进化的影响等方面综合阐述人类基因组结构变异的最新研究进展。

基于PEM的基因组结构变异检测方法

结构变异普遍存在于人类基因组中,与人类的健康和疾病息息相关,目前基因组结构变异检测方法层出不穷,其中基于双末端映射的检测方法发展尤为迅速.本文将这类主流的检测方法加以分类并进行了详细论述与分析,对更精准的基因组结构变异检测技术的研发具有指导意义.将多种检测方法有机结合共同应用于结构变异的检测,是结构变异检测技术一个未来发展趋势.

基于高通量测序技术的基因组结构变异检测算法

基因组结构变异的检测是生物信息学的重要方向之一。本文分别对基于高通量测序技术的双末端映射方法、映射分布方法、分裂片段方法和序列拼接方法等检测技术的四种算法进行详细的解读和说明,阐述了以上四种方法两两结合的检测算法,并分析了各种检测方法的性能和适用的条件,说明混合结合的方法将会成为未来发展的方向。

利用全基因组重测序技术研究182份大麦和青稞的基因组结构变异

为探明大麦(Hordeum vulgare L.)和青稞(Hordeum vulgare var.nudum)基因组结构变异与表型和环境适应差异的遗传机制,以大麦基因组为参考,基于182份大麦和青稞样品的全基因组重测序数据,进行了基因组结构变异分析。结果表明:182份大麦和青稞样品的平均测序深度约为12 X,共获得74262个结构变异,包含48078个缺失(65%)、13461个插入(18%)、7012个倒位(9%)和5711个染色体内易位(8%)。大麦参考基因组18.72%(7440/39734)的基因位于结构变异区内。许多与基因组结构变异相关的基因参与了光系统和防御反应过程。研究认为,基于182份大麦和青稞的基因组结构变异分析结果将为大麦和青稞建立一个比较完善的结构变异数据集,并将加深对大麦和青稞物种进化和表型差异分子机制的认识。

猪基因组结构变异研究进展

结构变异(structural variation, SV)广泛分布在基因组中,并主要以缺失、插入、重复、倒位和易位的形式出现。SV可以通过不同的机制直接或间接影响基因剂量,从而导致畜禽的表型变异,甚至引起疾病。随着分子生物学的发展和新基因组技术的进步,SV在猪基因组的研究越来越多,主要包括繁殖性状、肉质性状、生长性状、毛色、疾病等。本文参考了国内外相关报道,对SV的定义、分类、形成机制、检测方法以及在猪基因组的研究进展进行综述,并对目前SV研究存在的问题提出了建议以及未来的研究趋势进行了展望。

杨柳科植物叶绿体基因组结构及变异分析

【目的】获取杨柳科叶绿体基因组的结构及序列特征,揭示杨柳科植物的系统发育关系。【方法】利用Excel和本地Blast,分析统计杨柳科已公布的23种植物叶绿体基因组大小、结构组成、基因数量、排列顺序及内含子等信息;同时基于55个共有单拷贝蛋白编码基因,采用NJ法进行系统发育分析。【结果】杨柳科23种植物叶绿体基因组大小在155~159 kb,主要由大单拷贝区(LSC)长度差异引起。各物种基因排列顺序基本一致,均为2个IRs和2个SCs的典型四元组合结构,4个边界主要位于rpl22、ycf1、rps19基因处。psbZ、ycf15、lhbA、infA、trnK、trnG、trnL、trnV、trnI、trnA等基因存在缺失现象,引起基因数量差异。内含子在细胞色素复合物(petB)基因、RNA聚合酶(rpoC2)基因和核糖体蛋白(rpl2)基因等内发生结构变异,引起基因长度差异。系统进化分析结果表明,杨树聚类为4个高支持率进化支,钻天柳等7种柳树分为2个进化支。【结论】叶绿体基因组支持杨属、柳属独立进化,为杨柳科系统分类和系统发育提供了分子证据。

基于核苷酸测序揭示辣椒CMS线粒体基因组结构变异

背景:胞质雄性不育(CMS)是由于线粒体基因组突变导致无功能性花粉产生的一种现象。对CMS和非CMS线粒体基因组的比较分析,揭示线粒体基因组间结构差异及因重组导致的广泛性重排具有重要意义。然而,在辣椒中与CMS相关的线粒体基因组结构及DNA重排机制仍不清楚。结果:获得了辣椒CMS FS4401(507 452 bp)和可育系Jeju(511 530 bp)线粒体完全基因组序列。并对辣椒、烟草线粒体基因组进行了比较分析,发现其均存在广泛的DNA重排和低保守性的非编码DNA区。FS4401和Jeju线粒体基因组比较发现,除了FS4401线粒体基因组中多了一个atp6(ψatp6-2)基因拷贝外,线粒体所有蛋白编码基因都一致。在基因组结构方面,发现两个线粒体基因组上的18个同线性序列区在基因组上存在重排,这些同线性序列区之间的序列总长度分别为30 380(FS4401)和17 847 bp(Jeju)。此前报道的CMS候选基因、orf507和ψatp6-2均位于FS4401最大特异序列片段的边界,在此区间大量的短序列片段聚集在一起,而Jeju中这些短序列表现为缺失或存在于不同的位点。连接序列片段的重复序列和重叠序列(由少数几个核苷酸组成)暗示同源重组导致的广泛性重排可能涉及到该区段的序列进化。本研究还利用其他植物种类的线粒体DNA序列进行分析,揭示CMS相关基因DNA区段的共同特征。结论:辣椒CMS和雄性可育系线粒体基因组大部分序列表现出一致性,但存在大量的基因组重排现象。辣椒CMS候选基因位于高度重排的CMS特定DNA区域的边界或重复序列附近。通过对其他物种CMS相关基因的特征分析,揭示出可能涉及到CMS相关基因进化的共同机制。

群体基因组结构变异检测工作流

结构变异作为人类基因组上的一种大规模的变异类型,对分子与细胞进程、调节功能、基因表达调控、个体表型具有重要的影响,检测群体中基因组结构变异有助于绘制群体基因组变异图谱,刻画群体遗传进化特征,为疾病诊治、精准医疗的发展提供支撑。本研究提出一种面向高通量测序的群体基因组结构变异检测工作流,该工作流通过使用多种高性能基因组结构变异检测算法实现全面、精准的结构变异挖掘,使用多层融合与过滤获得高精度群体结构变异候选集合,利用基因型重新校正、变异修剪、类型校对,最终完整绘制群体基因组结构变异图谱。基于该工作流对由267个样本组成的人群进行群体结构变异检测,检测出了96202个结构变异,其变异种类和频率分布与其他国际基因组计划相符,这些结果证明了本工作流具有良好的群体结构变异检测能力。同时,工作流通过并行的方式在内存可控的基础上显著降低了分析时间,为大规模人群基因组结构变异的高效检测提供了重要支撑。

壳斗科植物叶绿体基因组结构及变异分析

利用生物信息学方法比较壳斗科6个属14个物种的叶绿体基因组间差异,以近缘物种榛为外类群构建系统进化树,揭示壳斗科叶绿体基因组的结构特征及变异规律。结果显示,14种壳斗科植物的叶绿体基因组均为双链环状分子结构,大小在160 kB左右,差异较小,最大仅差1 366 bp;基因顺序基本一致,而基因数量有所差异,infA、petG、rpl22、ycf1、ycf15等多个基因在部分物种中发生丢失;主要有32个蛋白编码基因长度发生变异,其原因是内含子的丢失、内含子或者编码区的长度改变,华南锥基因长度变异较大; 4个IR边界相对保守,但锥栗、Castanea pumila、华南锥3个物种由于边界扩张导致rps19基因部分序列进入到IR区;以榛为外类群构建的系统发育树,各进化支支持率较高,分辨率较好。研究结果表明,叶绿体基因组可以用于分析关系较近与进化较快物种的系统发生问题,为系统发育和进化研究提供依据。

人类基因组结构变异检测方法及其临床应用

人类基因组结构变异在人类多样性和疾病发生中起着重要作用,许多遗传病都是由染色体结构变异所致。目前临床上对于结构变异检测主要有染色体核型分析、荧光原位杂交等细胞遗传学方法以及拷贝数变异微阵列芯片和拷贝数变异高通量测序等分子遗传学方法等。该文旨在介绍几种人类基因组结构变异检测方法在临床上的应用进展,分析其局限性,并对未来结构变异的临床检测方向进行了展望。

阿勒泰白头牛基因组结构变异分析

阿勒泰白头牛是新疆阿勒泰地区的乳肉役兼用地方品种,具有白头、抗病力强和性情温顺特点。结构变异(structure variations,SVs)是影响牛表型性状的重要遗传变异形式。本研究旨在获得阿勒泰白头牛基因组SVs的特征和种质特征的候选基因。以20头阿勒泰白头牛测序深度为17.32X的基因组序列为基础,通过Delly、Lumpy和Manta三个软件进行SVs的检测,并通过SURVIVOR软件取交集进行整合,总共鉴定到37847个SVs。从类型看,缺失、易位、倒位、复制和插入的比例分别为55.5%、26.7%、8.7%、8.9%和不足0.1%。从长度看,缺失、倒位和复制的分布呈现右偏态。以频率大于0.9为标准,获得636个高频SVs,涉及865个蛋白编码基因。基因注释和富集分析发现,阿勒泰白头牛的高频SVs与免疫抗病和神经功能相关,契合了抗病力强和性情温顺特征,可作为相关特征的候选基因(免疫抗病:\%BolA-DQB、TNIP3、IL1RAP和IL1R1,神经性情:EPHA6、GRM7和HTR2A)。值得注意的是,我们发现ASIP基因\%5′非编码区存在一个缺失,该基因可减少真黑素的合成,在哺乳动物毛色调控中起着重要作用。研究的结果可以为阿勒泰白头牛种质特征的遗传机制解析奠定基础,也可以为阿勒泰白头牛的资源利用提供基础资料。

有关玉米基因组结构变异的最新研究成果

《美国科学院院刊》网站上公示了来自美国新泽西大学的华裔学者王清华和Hugo K．Dooner的有关玉米基因组结构变异的最新研究成果。