葡萄谱系特有基因生物信息学识别、基因结构与表达特性分析

以葡萄全基因组29 971蛋白序列为查询序列,与包括葡萄在内的31个已测序植物蛋白序列、TIGR和NCBI数据库中的EST和非冗余蛋白质序列进行非同源性比对分析,保留E值大于0.01的序列,去除重复序列、转座子和注释不准确的基因序列,保留的非同源基因识别为葡萄谱系特有基因;并对谱系特有基因的结构和具有芯片表达信息的谱系特有基因的表达特性进行了分析。结果表明:共识别了2 009个葡萄谱系特有基因,与葡萄保守基因相比较,葡萄谱系特有基因平均外显子数量较少,为2个;平均外显子长度较短,为232 bp;平均内含子长度较长,为1 723 bp,与拟南芥、水稻等谱系特有基因结构特点相似,谱系特有基因可能具有相似的起源和进化模式。在47个具有芯片表达信息和相应UniGene信息的基因中,Vv04s0023g01710、Vv00s0187g00160、Vv17s0000g09800、Vv14s0083g00260分别在叶片、茎、细胞培养物、果实中相对表达量最高,相对表达量分别为2 120、2 282、5 566、1 428;有25个谱系特有基因仅在某一器官中表达,表明谱系特有基因具有器官特异性特点;分析34个谱系特有基因在4种非生物胁迫下基因表达情况,表明大部分基因表达受到明显抑制或不受诱导,推测非生物胁迫影响了这些谱系特有基因正常功能,也说明这些谱系特有基因较少参与非生物胁迫过程。

谱系特有基因研究进展

谱系特有基因（Lineage-specific genes,LSGs）是指在一个谱系中特有并与其他物种谱系所有基因没有明显序列相似性的基因,约为物种基因组全部基因数量的10%~20%,于1996年首次在完成全基因组测序的酵母基因组中大量发现。大规模测序技术的发展使谱系特有基因研究成为比较基因组学的研究热点,已在微生物、海洋低等生物、植物（如拟南芥、水稻、杨树）、昆虫及高等灵长类动物等多个物种或类群中展开,其生物功能对于阐明物种进化历程和生物适应性具有重要意义。文章介绍了谱系特有基因的研究背景和现状,从谱系特有基因获取、基因结构分析、进化起源、生物功能、表达特性分析等方面阐述谱系特有基因的研究进展,分析了存在的问题和后续研究方向,以期为相关研究提供参考。

基于生物信息学的致病菌特有基因预测及分析

目的:利用生物信息学方法对致病菌特有基因进行大规模预测,同时探讨致病菌特有基因与致病菌毒力之间的关系。方法:构建致病性细菌蛋白质序列数据库和非致病性细菌蛋白质序列数据库,利用同源性比对的方法(BlastP工具)对致病菌特有基因进行预测;同时从文献中提取与致病菌毒力紧密相关的毒力因子,构建具有代表性的毒力因子分析库,对预测的致病菌特有基因进行比较分析。结果:在致病菌780310个基因中,预测了致病菌特有基因79166个,约占致病菌总基因的10.15%;预测的致病菌特有基因包含了构建的毒力因子分析库中的大部分毒力基因。结论:预测的致病菌特有基因与致病菌毒力紧密相关,大大减少了进一步在致病菌基因组中鉴定毒力基因时整个基因组的数据量。

利用相似致病菌中保守的致病菌特有基因预测新的毒力相关基因

目的:在致病机制相似的致病菌中寻找保守的致病菌特有基因,预测新的毒力相关基因。方法:首先选取致病机制相似的致病菌EHEC与EPEC,利用本实验室构建的包含115 152条致病菌特有基因片段的数据库进行本地Blast,得到致病菌特有基因,对致病菌特有基因在相似致病菌中的保守性进行分析,得到新的可能的毒力相关基因。结果:在6株EHEC菌中找到95条保守的致病菌特有基因,其中大部分为已知的毒力相关基因,还有许多可能的毒力相关基因;在9株相似致病菌(EHEC、EPEC)中找到10条保守的致病菌特有的蛋白基因,其中9条为已知的致病相关基因,1条为可能的致病相关基因。结论:应用本方法可以发现新的毒力基因,为后续对致病菌致病机制的实验研究奠定了基础。

基于特有基因VY93_RS02885为靶标的滑液支原体qPCR检测方法建立

利用CD-HIT-EST快速聚类分析和BLASTN同源性比对共鉴定出17个滑液支原体(Mycoplasma synoviae)特有基因,并从中选取保守基因VY93_RS02885作为分子诊断的靶标基因。根据该基因核苷酸序列设计了1对引物,建立了滑液支原体的SYBR green qPCR检测方法。结果表明,该方法对不同浓度的模板和对应的CT值具有较好的线性关系,R^(2)值为0.998 8;该方法的特异性较好,BLASTN比对,检测引物对仅能匹配滑液支原体的特有基因VY93_RS02885,结果显示,该方法能特异性地检测滑液支原体,与其他常见的引起禽关节炎的细菌/支原体性病原无交叉反应;该方法的敏感性较好,100%阳性检测的靶标基因最小拷贝数为10;该方法的重复性较好,对3个不同浓度的模板进行组间和组内重复检测,变异系数≤1.172 7%。此外,该方法对临床样品的检出率与传统检测方法相符。因此,本研究建立的针对滑液支原体特有基因的SYBR green qPCR检测方法具有用时短、特异性高、准确性高、敏感性高、可重复性强的优点,可为滑液支原体的快速诊断和流行病学调查提供技术手段。

杨树特有基因的鉴定和特征分析

杨树(Populus L.)是世界上分布最广、适应性最强的树种之一,其天然种众多,长期被作为造林树种广泛应用。物种特有基因的全基因组分析对探明物种在长期进化过程中的适应性进化机制及筛选重要功能性状的基因具有重要意义。本试验通过序列同源性比对的方法,在杨树基因组中鉴定了物种特有基因。在此基础上,统计了杨树特有基因在染色体分布、长度、外显子个数等方面的序列结构特征,并分析了杨树特有基因的功能和扩增机制。与杨树全基因组序列比较后发现,杨树特有基因具有序列长度短、内含子个数少等特点。功能预测的结果表明,杨树特有基因显著富集于翻译和能量代谢的功能中。在进化研究中,鉴定出91.76%的杨树特有基因在共线性区域中,表明杨树特有基因可能是通过全基因组复制产生的。本研究工作深入挖掘了物种特有基因在序列特征、功能和进化上的规律,为探明杨树适应性进化的分子机制提供理论指导。

基于比较基因组分析猪特有基因家族及其进化

基因家族的数量及结构变异是物种适应自然变化的重要机制。深入研究猪(Sus scrofa)的基因家族进化,可以了解其基因扩张和收缩事件,从而揭示猪在进化过程中为适应环境而发生改变的特殊机制。本研究采用比较基因组学方法,对猪、牛(Bos taurus)、绵羊(Ovis aries)、羊驼(Vicugna pacos)、鸡(Gallus gallus)和小鼠(Mus musculus)的参考基因组进行比较,以鉴定猪基因家族。利用PAML软件计算物种分化时间,并通过CAFE软件分析猪基因家族中的扩张和收缩基因。将鉴定到的显著收缩和扩张基因注释到KEGG、 GO、 KOG数据库中进行通路分析。结果表明,猪共有16 749个基因家族,包含20 660个基因。同其他5个物种相比,猪具有55个特有的基因家族,包含470个基因。基因家族收缩与扩张分析结果表明,猪基因组中共有334个基因家族发生收缩,214个基因家族发生扩张。其中,有110个基因家族的扩张显著,包含473个基因;152个基因家族的收缩显著,包含102个基因。富集结果表明,显著扩张家族基因主要富集在生殖过程、胆汁分泌和化学致癌作用DNA加合物等方面;显著收缩家族基因主要富集在系统性红斑狼疮、酒精中毒、坏死性肺炎以及冠状病毒病等方面;猪特有基因家族的基因主要富集在脂肪转运代谢、嗅觉受体活性、气味剂结合以及脂肪酸的降解等方面。本研究鉴定和分析了猪显著收缩与扩张及其特有的基因家族,并发现其在多个生物过程中具有重要的功能。这些结果有助于更深入了解猪的适应性进化,并为其作为生物模型研究人类疾病提供了新的线索。

不同来源嗜盐四联球菌的分离及其耐盐耐酸性与基因关联

【目的】分析嗜盐四联球菌(Tetragenococcus halophilus)中耐盐和耐酸性能优劣菌株的核心基因家族差异,筛选可能与耐盐、耐酸性有关的代谢通路和基因功能。【方法】从高盐水产品和酱醪中筛选嗜盐四联球菌,采用16S rDNA测序方法进行鉴定,对分离出的17株嗜盐四联球菌进行生理生化鉴定和耐盐和耐酸能力的测试。分别将耐盐、耐酸性能差异明显的菌株进行分类,并进一步基于Illumina平台对17株菌株进行基因组测序,比较耐盐、耐酸性能差异明显的菌株的核心基因家族,再对耐盐、耐酸性能较好菌株的特有核心基因家族进行KEGG通路和GO功能的富集分析。【结果与结论】从高盐水产品和酱醪等不同来源分离的17株嗜盐四联球菌在生理生化鉴定中存在差异,但均对β-半乳糖苷和木糖表现为阴性,对果糖、山梨糖和D-核糖表现为阳性。耐受性结果显示,各菌株的耐受性具有显著差异。基因组测序结果表示,耐盐能力较好的菌株拥有294个特有核心基因家族,在KEGG通路中主要富集在磷酸戊糖途径、甲烷代谢、抗坏血酸和醛酸的新陈代谢以及磷酸转移酶系统(PTS),在GO功能中主要富集在定位、运输、建立定位、DNA重组和DNA代谢过程;耐酸能力较好的菌株拥有191个特有核心基因家族,在KEGG通路中主要富集在果糖和甘露糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、类胡萝卜素的生物合成、氨基酸和核苷酸代谢以及PTS,在GO功能中主要富集在DNA重组和DNA代谢过程。上述通路和功能涵盖了部分与嗜盐四联球菌耐盐、耐酸特性相关的基因特征。进一步分析发现,两类特有核心基因家族富集在PTS中的基因完全一样,推测这些基因与嗜盐四联球菌的抗逆机制密切相关。

弱后酸化保加利亚乳杆菌KLDS1.1011的筛选及其全基因组注释研究

为了研究影响保加利亚乳杆菌后酸化的关键基因,为酸奶发酵剂的开发提供分子水平的理论基础。本实验以实验室现有的8株保加利亚乳杆菌作为出发菌株,通过对其生长性能以及对酸敏感性筛选出KLDS1.0207、KLDS1.0205、KLDS1.1001、KLDS1.1011产酸差异性明显的4株保加利亚乳杆菌,通过对4株保加利亚乳杆菌单菌株发酵乳的凝乳时间、滴定酸度、乳糖消耗进行检测,分析得到菌株KLDS1.1011后酸化能力最弱。通过Illumina HiSeq与Illumina MiSeq测序平台对菌株菌株KLDS1.1011进行基因组测序,得到KLDS1.1011基因组全长1887491 bp,平均G+C含量为39.83%,基因组中共预测出2098个CDS,其总长度为1622760 bp,编码区域总长度占全基因组比例85.97%,编码基因的平均长度为773 bp;利用同源聚类分析方式比较保加利亚乳杆菌KLDS1.1011和KLDS1.0207基因组,发现两者有1631个共有基因,KLDS1.1011有353个特有基因,KLDS1.0207有320个特有基因,进而通过对特有基因进行KEGG通路的注释以及后酸化相关通路的分析得到6个与后酸化相关的基因,1.1011_GM000805、1.1011_GM002068、1.1011_GM000803、1.1011_GM000804四个基因是关于生物膜的形成,菌株的物质转运、1.1011_GM000260基因属于丙酮酸代谢通路,是乳酸生成过程的重要通路、1.1011_GM000194基因是蛋白水解的关键酶基因。在基因水平上为菌株KLDS1.1011较弱的后酸化特性提供了重要的理论依据。

家蚕Osiris基因家族成员的系统进化与组织表达芯片分析

昆虫特有基因对于维持昆虫特有的形态、行为及生活习性起关键作用,同时也是防治有害昆虫的靶标基因。基于家蚕基因组数据,对昆虫特有基因Osiris(Osi)家族进行了分析。通过同源比对,发现家蚕的Osi家族含有22个成员,其中21个基因串联分布在26号染色体,1个基因位于4号染色体。共线性分析发现,家蚕与黑腹果蝇有18个Osi基因表现为共线性关系。系统进化分析表明Osi基因家族是在昆虫物种分化前已形成的多基因家族,家蚕与果蝇的Osi家族亲缘关系相对较近。家蚕的4个Osi基因(BmOsi9-1、BmOsi9-3、BmOsi9-4和BmOsi9-5)聚成一个进化枝,且在基因组上呈串联分布,暗示其是在物种分化后通过基因复制产生的,属特有基因。结构域分析发现,家蚕Osi蛋白均含有一个功能未知的结构域DUF1676,是Osi基因家族的典型特征。组织芯片分析表明,BmOsi20和BmOsi17分别在家蚕5龄幼虫的中肠和精巢中特异性高量表达,BmO-si18和BmOsi9-1分别在马氏管和丝腺中特异表达。

竹学研究中的泛基因组

最早在细菌中,由美国科学家Herve Tettel等,于2005年提出了泛基因组(Pan-genome)概念。泛基因组展示由核心基因组、特有基因组、非必须基因组3部分组成。本文在反溯泛基因组概念的提出、发展、衍变过程的基础上,重点关注了其在生物领域的主要研究历程,特别是在系统演化、生物多样性、基因挖掘、适应性与抗逆性等方面的主要研究成果。由于竹类是多年生一次开花的独特植物,故依据传统的以花、果等器官进行植物分类存在很大的局限性。根据我们在研究竹类植物的表型、生理、生态等方面的多样性遇到的问题,提出竹类植物需要强化泛基因组研究,以破解更多竹学难题。

福氏志贺菌2型多重PCR检测方法的建立

为构建一种快速、高效、特异性强的检测与鉴定福氏志贺菌的多重PCR方法,本试验以不同血清型志贺菌中的特有基因ipaH、gtrⅡ、gtrⅩ和R002为扩增目标来设计相对应的引物,在同一PCR体系中对福氏志贺菌进行检测。通过一系列探索及对反应条件的优化调整,最终建立了可在多种细菌中快速检测出福氏志贺菌2型(2a和2b)的方法。结果表明,应用多重PCR可快速、高效、准确的对福氏志贺菌进行验证和鉴别,对于预防实验室菌种污染和志贺氏菌病的临床诊断与治疗有着重要意义。

神经危重症感染患者肺炎克雷伯菌同源性与基因组学关系

目的分析神经危重症感染患者肺炎克雷伯病原菌(Klebsiella pneumoniae,KP)同源性与基因组学的关系。方法选取2015-2018年神经危重症感染患者中经脉冲场凝胶电泳分析同源性鉴定的非多重耐药性KP病原菌共5株(编号P20、P39、P66、P90、P91),其中P90和P91为相同克隆株,P66、P90、P91为同一流行克隆系,P20、P39与其他菌株无同源性关系,进行二代+三代全基因组测序,应用多种生物信息软件进行基因组学分析,了解菌株间基因组基本信息、染色体、质粒分布情况,单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)差异,基因家族聚类特征,并与美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)网站注册分析的(2013年至2016年)国内、外18株KP菌株构建系统发生树,分析菌株间进化亲缘性关系。结果 P20、P39、P66、P90、P91全基因组大小分别为5 469 543 bp、5 480 332 bp、5 768 352 bp、5 745 666 bp、5 722 999 bp;GC含量分别为57.07%(1 559 929+1 561 432)/5 469 543、57.27%(1 566 970+1 571 424)/5 480 322、56.96%(1 640 438+1 645 432)/5 768 352、56.88%(1 634 285+1 634 038)/5 745 666、56.95%(1 627 360+1 631 781)/5 722 999。与P20参考菌株进行比对,P39、P66、P90、P91的SNP总数量分别为32 682、34 226、34 292、34 375,基因编码区序列总突变比率分别为87.18%(28 491/32 682)、86.71%(29 679/34 226)、85.26%(29 238/34 292)、86.22%(29 638/34 375),非同义突变占一定优势,比率分别为44.57%(14 566/32 682)、44.01%(15 063/34 226)、48.01%(16 465/34 292)、48.75%(16 758/34 375),同义突变分别为42.61%(13 925/32 682)、42.70%(14 616/34 226)、37.25%(12 773/34 292)、37.47%(12 880/34 375)。P90与P91均有6个特有基因家族,P66有4个特有基因家族。同一流行克隆系P66、P90、P99在系统发育树同一进化分支上,相同克隆株P90、P99在同一子分支上,无同源性关系的P20、P39分别在不同的进化分支上。系统发育树进化分支上P20、P39、P66、P90、P91与NCBI网站提交的法国KP52-145菌株、中国台湾ED23菌株进化等级关系较近。结论神经危重症感染患者肺炎克雷伯病原菌具有相同克隆株间特有基因家族数目一致,同一流行克隆系间特有基因家族数目和SNP总数量有较小变化,且在系统发育树同一进化分支上的特点。无同源性菌株的特有基因家族数目和SNP总数量有较大变化,且在系统发育树不同进化分支上。

小鼠黑色素瘤功能异常CD8^+T细胞基因调控网络构建与分析

疾病是全球范围内危害畜禽健康的主要问题,解析免疫系统调控相关基因成为当前抗病分子育种的研究热点。为研究小鼠黑色素瘤模型功能异常CD8^+T细胞对免疫抗体处理的应答机制,通过基因调控网络方法筛选功能异常CD8^+T细胞在Ig G和PD1抗体处理的特定基因、转录因子和细胞表面受体。结果发现对照组、PD1抗体与Ig G抗体处理组分别有28、17、33个特定表达基因。与对照组相比,Ig G和PD1处理组有2个转录因子Zfx、Zfhx3关闭表达,PD1处理组细胞表面受体Raet1b表达。Raet1b基因的表达可能使小鼠黑色素瘤功能异常CD8^+T细胞恢复功能,结果为抗病育种的相关基因研究提供理论基础。

意义和音乐认知的理论:一种音乐民族学的方法

1、音乐民族学和音乐心理学:互补或分枝的研究方法 音乐民族学和音乐心理学领域的交叉点最大程度上是基于有关音乐本质的问题需要加以论述。简化论的论点是这个问题的中心所在,即:人们能靠把说明知觉和认识过程的音乐体验进行归类来断定音乐的意义吗?大多数的音乐民族学家对此的看法是:凭观察研究,特别是按照论证音乐意义与之文化和历史背景演化的紧密关系的音乐民族学著作,是难以接近音乐意义的本质的。而且,因为正在进行的非西方音乐的观察研究很少,因此,在具有跨文化观的音乐中探知认识过程的本质也是困难的。那么有完全对立或互相渗透的学科吗?