芥菜BjuBBX基因家族全基因组鉴定与分析

BBX蛋白质是植物中广泛存在的锌指转录因子,参与种子萌发、下胚轴生长、开花、昼夜节律和逆境响应等发育过程,利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过TBTools等软件筛选鉴定出82个芥菜BjuBBX家族基因,可分为5个亚家族,具有较高的群体特异性。染色体分布和共线性分析表明,基因重复事件对芥菜基因组中BjuBBX基因的扩增至关重要,群类间的进化速率和氨基酸性质的变化很可能会导致其功能分化。顺式作用元件分析表明:BjuBBX家族成员的启动子大多富集了光信号、激素响应和胁迫应答等途径的顺式元件。同时,基于芥菜茎膨大、高温和干旱胁迫的转录组数据分析表明,GroupⅠ中BjuBBX基因在茎膨大过程中呈较高表达,且在不同阶段具有表达的时空特异性;BjuBBX8-3、BjuBBX11、BjuBBX24-4等基因的表达会积极响应高温和干旱胁迫,暗示其在逆境应答中具重要功能。这为进一步解析BjuBBX家族在芥菜中的生物学功能奠定基础,为芥菜等十字花科作物的生物育种提供了借鉴。

高通量计算在大规模人群队列基因组数据解析应用中的挑战

【目的】为推动精准医学研究的发展,世界各国相继开展大规模人群队列基因组测序计划,通过对数以万计个体进行全基因组测序,构建人群特异的基因组变异图谱。这些海量基因组数据产出,对计算速度和计算通量提出了新的要求,迫切需要速度更快、通量更高的计算平台来处理与解读这些生物序列信息。由于基因组数据自身的特点、数据解析过程的多样性和复杂性,致使在大规模人群基因组变异解析中高通量计算资源的使用效率低、计算速度慢、耗时长,服务器与本地数据交换不便,因此需要针对基因组变异解析进行多方面优化,通过软硬件开发来解决应用中存在的多种问题。本文拟对这些优化方法进行分析和综述。【方法】在高通量计算系统中,系统IO瓶颈问题是基因组变异解析并行化效率低的主要原因,通常采用基于分布式非结构化存储数据库以及对象存储系统,以提升IO的大规模可扩展能力,解决分析流程中存在的IO问题;同时通过基因组数据的高效压缩算法,可减少数据IO和传输压力。为了加快基因组数据解析速度,可在软件上采用神经网络等算法优化基因组解析方法,在硬件上使用FPGA(现场可编程逻辑门阵列)或GPU异构计算,以提高数据处理速度。【结果】综合来看,以上多方面的优化可以大幅提升基因组数据分析中高通量计算的性能,解决基因组数据处理中的存储墙问题,提高高通量计算资源的使用效率,大大减少全基因组变异解析的计算时间。【结论】高通量计算在基因组数据解析应用中存在的多种问题,可通过软硬件开发和优化得以解决,从而显著改进高通量计算在大规模人群队列变异解析应用中的计算效率,促进今后人群队列基因组研究与应用的广泛开展。

黄翅大白蚁后肠优势菌大白蚁营发酵菌的全基因组序列分析

【目的】营发酵单胞菌属Dysgonomonas是黄翅大白蚁后肠的第二优势微生物。前期研究中,我们从黄翅大白蚁后肠分离出一种命名为大白蚁营发酵菌的新菌。为深入了解大白蚁营发酵菌在宿主白蚁体内发挥的作用和功能,有必要解析大白蚁营发酵菌的基因组序列信息。【方法】使用Illumina Miseq测序平台获取该菌的全基因组序列,将其全基因组序列经过注释的基因蛋白质序列提交COG和KEGG数据库进行BLASTp比对分析,确定该菌潜在的重要酶类和代谢途径,并对个别纤维素酶活进行检测。【结果】大白蚁营发酵菌整个基因组大小为4655756 bp,GC含量为38.54%,DDBJ数据库登录号为BBXL01000001–BBXL01000078。生物信息学分析结果表明菌株大白蚁营发酵菌具有多个木质纤维素降解酶基因,且具备完整的木质纤维素降解和乙酸、乳酸生成通路。此外发现该菌株中存在与氮源代谢和抵御病原体相关的基因。【结论】本研究首次解析大白蚁营发酵菌的全基因组序列,了解其基因组基本特征,初步探讨了该菌降解木质纤维素的过程,为细菌协助宿主白蚁降解木质纤维素提供了理论基础,同时为该菌可能参与宿主白蚁氮源代谢和抵御病原体入侵提供了依据。

山羊关节炎-脑炎病毒陕西分离株全基因组的克隆和序列分析

为了解山羊关节炎-脑炎病毒(CAEV)陕西分离株全基因组的特点及基因演化变化,根据Gen-Bank中登录的CAEV CO株的全基因组序列,设计合成了5对引物,对CAEV陕西株的全基因组进行了PCR扩增,并对扩增产物进行了克隆和测序。结果显示,CAEV陕西株的基因组全长为9 065nt,获得的GenBank登录号为GU120138,包括两端的长末端重复序列,结构蛋白编码基因gag、pol、env和调节蛋白编码基因tat和rev,以及辅助蛋白编码基因vif。核苷酸序列比对表明,CAEV陕西株和CAEV甘肃株的同源性为99.6%,与CAEV CO株的同源性为92.4%,根据全基因组序列和gag基因序列构建的遗传进化分析结果显示,CAEV陕西分离株属于SRLV B2亚型。

一株高产苯乳酸的古墓土壤葡糖醋杆菌FBFS97的全基因组测序与分析

【背景】苯乳酸(phenyllactic acid,PLA)是一种应用潜力巨大的天然广谱抑菌物质。本课题组前期分离得到一株高产PLA的醋酸菌(acetic acid bacteria,AAB)--葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter sp.)FBFS97,但尚未鉴定到种,而且其产PLA的分子机理尚不清楚。【目的】确定FBFS97的种属关系,解析FBFS97的遗传信息,特别是与PLA产生相关的基因。【方法】采用光学显微镜和扫描电镜对FBFS97的菌体形态进行表征,通过16S rRNA基因序列分析对FBFS97进行分类鉴定,并以高效液相色谱分析苯丙氨酸对其产PLA的影响。在此基础上,对FBFS97进行全基因组测序、拼接和基因预测,并进行GO/COG聚类、KEGG代谢通路和VFDB毒力等分析,以及PLA生物合成途径的预测。【结果】根据16S rRNA基因序列的比对结果,结合形态学分析,该菌被鉴定为古墓土壤葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter tumulisoli)。将1000 mg/L苯丙氨酸添加到FBFS97液体培养基中,发酵液中PLA最高浓度可达400 mg/L,为对照组的8倍。该菌的基因组大小为3988308 bp,(G+C)mol%含量为66.62%,编码基因3500个;KEGG代谢通路分析表明,该菌基因组中存在经莽草酸途径合成PLA的所有基因;VFDB毒力预测结果显示,该菌基因组中不存在产生毒素的相关基因。【结论】首次报道了一株高产PLA的AAB--古墓土壤葡糖醋杆菌FBFS97的全基因组序列信息,并发现该菌株的基因组中含有合成PLA的所有相关基因,为后续进一步研究FBFS97产生PLA的生物合成途径提供了理论依据。