CNGBdb:国家基因库生命大数据平台

国家基因库生命大数据平台(China National GeneBank DataBase,CNGBdb)是一个致力于生命科学多组学数据归档和开放共享的数据库平台,是深圳国家基因库的核心功能“三库两平台”中生物信息数据库的对外服务平台,拥有深圳国家基因库丰富的样本资源、数据资源、合作项目资源和强大的数据计算和分析能力等优势。生命科学研究已经进入到了一个以高通量多组学数据为基础的大数据时代,迫切需要加强国际合作和信息共享。随着中国经济的发展和在生命科学研究领域的研究项目投入力度的加大,需要建立相关的生命大数据归档和共享的平台,来促进我国生命科学研究项目中生成的基因组学数据的系统管理、开放共享与合理利用。目前,CNGBdb主要提供生命科学研究相关的数据归档、知识搜索、数据管理、数据计算和数据服务等服务。其归档和共享的数据类型,主要包括项目、样本、实验、测序、组装、变异、序列等。截止2020年5月22号,CNGBdb已接受了全球生命科学科研工作者提交的研究项目达2176个,归档的基因组学数据量超过2221 TB。未来,CNGBdb将继续推动生命科学研究多组学数据的开放共享和产业应用,完善基因组学数据的归档和共享功能,提升其服务生命科学数据开放共享的能力。CNGBdb的网址是:https://db.cngb.org/。

国家基因库概述

国家基因库是服务于国家战略需求的国家级公益性创新科研及产业基础设施建设项目。2011年1月,国家发展改革委员会正式批复同意依托深圳华大基因研究院组建深圳国家基因库。同年10月国家发展改革委员会、财政部、工业和信息化部、国家卫生计划生育委员会(原卫生部)联合批复同意深圳国家基因库建设方案,相关项目列人国家战略性新兴产业发展专项资金计划。国家基因库建立集资源样本库、生物信息库、生物资源信息网络为一体的发展及运营模式,并由深圳华大基因研究院组建及运营,拟通过建立高水平的生物资源样本库、高效的生物信息数据处理、存储与管理系统以及覆盖广泛的联盟网络,有效保护、合理开发和利用我国生物资源及基因数据资源,该项目的建设实施有利于保护我国珍贵且特有的遗传资源,实现样本资源、基因及数据资源共享开发利用,提高我国遗传资源样本和基因信息数据的储存、分析、管理和应用能力,进而推动生命科学和生物产业发展。这对于我们国家抢占未来生物经济的战略制高点、掌控生物遗传资源、基因战略资源,具有极其重要的战略意义。

国家基因库：共有、共为、共享

基因资源是国家的重要战略资源,保存、保护和合理利用基因资源将成为未来维护国家安全、打造核心竞争力的坚实基础和有效保障,然而我国在基因数据存储、样本存储等方面均起步较晚,无法满足国内日益增长的生命科学相关领域的研究发展需求。针对上述问题,2011年中国政府批复依托深圳华大生命科学研究院(原深圳华大基因研究院)建设我国首个读、写、存一体化的综合性生物遗传资源基因库深圳国家基因库(亦称国家基因库)。本文总结了国内外较有影响力的基因资源大平台的发展概况,着重阐述了国家基因库的定位与使命,以及“三库两平台”的结构与功能生物遗传资源的存储、读取、合成运用和开放共享。自2016年9月正式运行以来,国家基因库作为公益性、开放性、支撑性、引领性的战略性科技平台,已具备千万级可溯源样本存储能力,十万级基因组/年的存储和计算能力,建成首个国产化Pb(Petabases)级基因组数据产出平台以及千万碱基/年高效合成平台,同时基于自身平台能力,国家基因库建立了全面的开放共享机制,开展资源数据共享和公共平台服务,对生命科学研究和生物产业创新发展的支撑和助力初见成效。

国家水禽基因库七个家鸭群体遗传多样性检测

试验通过微卫星标记对国家水禽种质资源基因库保存的7个家鸭保种群体的保种效果进行了遗传检测。结果表明:28个微卫星位点中有25个高度多态位点,可作为有效遗传标记用于各群体的遗传检测。7个鸭群体中,平均杂和度范围是0.5137～0.6035,最高的是荆江麻鸭,最低的是山麻鸭,反映了各鸭群体保持了较丰富的遗传多样性。Ds遗传距离表明各品种间的遗传距离较远,巢湖鸭与金定鸭之间最远,为0.8835;金定鸭与山麻鸭最近,为0.2674。7个家鸭群体间的Ds值都比较大,说明各群体间的基因交流较少。上述结果反映了在国家水禽种质资源基因库所保存的7个地方鸭群体的保种方法良好,保种效果有效。

不同鸭品种脂肪型脂肪酸结合蛋白基因部分序列多态性差异研究

为了解地方鸭品种脂肪型脂肪酸结合蛋白(A-FABP)基因点突变信息、群体遗传结构和遗传参数差异,设计了1对引物扩增A-FABP基因外显子3和内含子2部分序列,采用PCR-SSCP方法检测9个地方鸭品种单核苷酸突变,并分析基因型、等位基因频率和群体遗传参数的差异。结果显示:在9个鸭品种之间发生了6个点突变,4个点突变在内含子2中,2个点突变在外显子3中,为同义突变。9个鸭品种均以D等位基因频率最高,E为靖西大麻鸭的第二等位基因,而其他8个鸭品种的第二等位基因为C。χ2检验显示靖西大麻鸭的基因型分布与巢湖鸭、临武鸭存在显著性差异(P<0.05),与其他品种存在极显著差异(P<0.01)。巢湖鸭的多态信息含量高于0.5,其他8个鸭品种的多态信息含量在0.25~0.5之间。攸县麻鸭偏离了哈代温伯格平衡状态。A-FABP基因在不同鸭品种中具有较丰富的多态性,为鸭品种资源保护和新品种培育提供参考。

饲粮中添加不同水平双歧杆菌对脂多糖应激雏鹅回肠损伤的缓解效果

本试验旨在研究饲粮中添加不同水平双歧杆菌对脂多糖(LPS)应激雏鹅回肠损伤的缓解效果。选取288只1日龄江南白鹅公雏,随机分为6组,每组6个重复,每个重复8只。采用3×2两因素设计,两因素分别为双歧杆菌添加水平(分别添加0、300和600 mg/kg双歧杆菌冻干粉,有效活菌数为1.7×1010CFU/g)和LPS应激与否(腹腔注射LPS生理盐水溶液或生理盐水,LPS生理盐水溶液浓度为0.5 mg/mL)。试验期共28 d,分别于试验第15、17和19天对雏鹅进行1次腹腔注射,注射量均为1 mL/kg BW。结果表明:1)LPS应激显著提高了雏鹅血清中二胺氧化酶(DAO)活性和D-乳酸(D-LA)含量(P<0.05);饲粮中添加双歧杆菌显著降低了雏鹅血清中DAO活性和D-LA含量(P<0.05)。2)LPS应激显著提高了雏鹅回肠损伤评分(P<0.05),并对回肠黏蛋白2(MUC2)含量产生显著影响(P<0.05);饲粮中添加双歧杆菌显著降低了雏鹅回肠损伤评分(P<0.05),且显著提高了回肠MUC2含量(P<0.05)。3)与饲粮中添加300 mg/kg双歧杆菌相比,饲粮中添加双歧杆菌600 mg/kg双歧杆菌除28日龄时显著降低雏鹅血清中D-LA含量且显著提高回肠MUC2含量(P<0.05)外,其余日龄及指标均无显著差异(P>0.05)。4)LPS应激会造成雏鹅回肠上皮细胞严重损伤,胞质水肿明显,细胞核近似不规则椭圆形,高尔基体囊膜扩张,微绒毛出现整体结构损伤,细胞间紧密连接及中间连接结构模糊。饲粮中添加双歧杆菌通过诱导细胞自噬参与缓解上述现象,并且有助于保护线粒体结构,尤其以添加300 mg/kg双歧杆菌冻干粉可以明显缓解胞质水肿和粗面内质网扩张。综上所述,1~28日龄雏鹅LPS应激会对回肠及回肠上皮细胞造成损伤,致使MUC2分泌异常并增大肠道通透性。饲粮中添加双歧杆菌能通过促进MUC2分泌缓解回肠损伤并改善肠道通透性,并通过诱导细胞自噬参与缓解回肠上皮细胞损伤。在本试验条件下,饲粮中添加600 mg/kg双歧杆菌冻干粉未能取得更好的缓解效果,因此建议添加300 mg/kg。

饲粮蛋白质水平和氨基酸补充模式对1~28日龄仔鹅生长性能和氨基酸含量的影响

试验旨在研究基于玉米-豆粕型饲粮不同蛋白质水平和氨基酸补充模式对1~28日龄仔鹅生长性能、胫长、胫围、腿肌和肝脏氨基酸含量的影响。选取1日龄江南白鹅公雏364只,随机分为4组,每组7个重复,每个重复13只鹅。采用2×2因素完全随机试验设计,设置两个蛋白水平(18.55%和15.55%)和两种氨基酸补充模式(补充主要氨基酸和补充全部氨基酸)。4组分别为PM(CP 18.55%+主要氨基酸,11.20 MJ/kg)、PA(CP 18.55%+全部氨基酸,11.20 MJ/kg)、LPM(CP 15.55%+主要氨基酸,11.20 MJ/kg)、LPA(CP 15.55%+全部氨基酸,11.20 MJ/kg)。主要氨基酸包含6种,全部氨基酸包含12种。试验期为28 d。结果表明:与CP 18.55%相比,CP 15.55%显著降低了仔鹅7、14、21 d的平均体重(P<0.05)。与补充全部氨基酸模式相比,补充主要氨基酸模式显著增加了14 d仔鹅的胫围以及28 d鹅肝脏丙氨酸(Ala)、蛋氨酸(Met)、酪氨酸(Tyr)、组氨酸(His)、脯氨酸(Pro)含量(P<0.05)。与CP 18.55%相比,CP 15.55%显著降低了28 d鹅肝脏Met含量、27~29 d鹅粪中苏氨酸(Thr)含量(P<0.05)。研究表明,不同蛋白水平和氨基酸补充模式对28 d仔鹅的生长性能无不良影响,仔鹅对低蛋白饲粮的适应性强,降低蛋白水平不会对仔鹅生产性能产生负面影响。

鸭A-FABP基因单核苷酸多态性分析及其与体脂性状相关的研究

以樱桃谷鸭为试验材料,对脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(A-FABP)基因进行单核苷酸多态性检测(SNPs),并对该基因型与体脂等性状进行关联分析。结果表明:在内含子2中发现A76T、T78C、T93C、C134T4个单碱基突变,鸭群中表现出3种基因型(AA、AB和BB)。方差分析结果表明:该品种的活重、屠体重、半净膛重、全净膛重、肝脏重、皮脂重、胸肌脂肪含量和肝脏脂肪含量在不同基因型间差异不显著;BB型腹脂重、腹脂率显著高于AA型和AB型;BB型皮脂率和腿肌脂肪含量显著高于AB型。结果提示A-FABP基因可能是影响鸭脂肪代谢的主效基因或与控制该性状的主效基因连锁。

牡丹ACS基因片段的克隆及反义植物表达载体构建

根据GenBank登录的牡丹ACS基因DNA全长序列(FJ769773),设计一对特异性引物,在优化的PCR扩增体系的基础上,应用高保真DNA聚合酶KOD-Plus从洛阳红牡丹叶片总DNA中扩增出牡丹ACC合成酶基因片段PsACS-4。测序结果表明:克隆序列长970 bp,不包含牡丹ACS基因内含子序列,与目标序列同源性达100%;用SacI和SmaI对重组质粒和空载体pBI121双酶切、连接,将PsACS-4基因片段反身插入到植物表达载体pBI121的35S启动子下游,成功构建了牡丹ACS反义基因植物表达载体。

鹅PRLR基因克隆及在生殖相关组织中的表达规律

本文采用克隆、测序技术获得浙东白鹅PRLR基因c DNA序列,利用实时荧光定量PCR技术检测鹅产蛋期和就巢期PRLR基因在生殖相关组织中的表达规律,为揭示PRLR基因在生殖过程中的功能提供资料。结果表明,在获得的浙东白鹅PRLR基因c DNA序列中,其中编码区2496 bp可编码831个氨基酸,与其他鹅PRLR序列相比发生了T667C、G738A、C757T、G1047A突变,其中T667C引起氨基酸R-C的变化,C757T处引起氨基酸W-R的变化。在产蛋期和就巢期时,垂体中PRLR基因mRNA表达量均显著性高于下丘脑、卵巢和输卵管,其他组织间表达量没有显著性差异。同一组织在产蛋期和就巢期之间存在显著差异,部分组织达极显著差异。本文试验结果为继续开展鹅的就巢性方面的研究提供了一些数据。

鸭A-FABP基因多态性在品种和世代间的比较分析

为了解脂肪型脂肪酸结合蛋白(adipocyte fatty-acid binding protein,A-FABP)基因在不同鸭品种、世代间的突变情况,以山麻鸭、巢湖鸭、金定鸭(3个世代群体)等9个鸭品种为材料,设计2对引物,用SSCP方法检测A-FABP基因多态性,比较不同鸭品种之间、金定鸭3个世代群体之间基因型、等位基因频率、群体遗传参数。结果显示,9个鸭品种中共形成A、B、C、D 4个等位基因,对不同基因型序列进行比较发现,在内含子1中有6个单核苷酸突变。在9个鸭品种中,B等位基因频率均明显高于A、C、D。大部分鸭品种之间基因型频率存在显著性差异,金定鸭3个世代群体之间基因型频率无明显差异。所有鸭品种的群体杂合度都在0.4以上,山麻鸭、攸县麻鸭、广西小麻鸭、金定鸭3个世代群体均为中度多态,其他鸭品种为高度多态。除山麻鸭和临武鸭外,其他鸭品种均处于HardyWeinberg平衡状态。可见,鸭不同品种中A-FABP基因具有丰富的单核苷酸多态性,采用小群保种方式,金定鸭A-FABP基因多态位点形成的基因型频率在世代间无显著性变化。

填饲对黑羽番鸭产肝性能、组织营养成分、肝脏组织学及脂调控基因表达水平的影响

通过对不同填饲期黑羽番鸭产肝性能测定、肌肉和肝脏营养成分分析、肝脏组织学观察,以及脂调控基因的表达检测,探讨黑羽番鸭肝脂肪代谢规律。选取140只体质量相近的12周龄健康黑羽番鸭（公母各半）作为试验动物,其中40只作为对照。填饲期为16 d,采用单人机械填饲方法。填饲饲粮选用煮至6~7成熟的陈年玉米,沥干后趁热拌入12 g·kg^-1油脂、7.5 g·kg^-1食盐和1 g·kg^-1复合维生素,对照组正常饲喂。结果表明：黑羽番鸭填饲16 d后,公番鸭肝质量平均为308.91 g,母番鸭肝质量平均为135.86 g,差异极显著（P〈0.01）;填饲组肝脏的脂肪含量为51.83%,对照组为8.36%,填饲极显著提高了黑羽番鸭肝脏的脂肪水平（P〈0.01）;填饲黑羽番鸭肝脏细胞膨大,肝细胞质内充满大小不等的脂肪滴;填饲显著提高了黑羽番鸭肝脏中脂肪酸合成酶（FAS）、乙酰辅酶A羧化酶（ACC）和甘油磷酸酰基转移酶（GPAT）基因的相对表达量（P〈0.05）,显著降低了微粒体甘油三酯转运蛋白（MTTP）和载脂蛋白B（ApoB）基因的相对表达量（P〈0.05）;随着填饲的进程,检测到肝脏中的FAS、ACC、MTTP、ApoB、GPAT等脂调控基因的相对表达量均有所提升。结论：番鸭具有良好肥肝生产性能;填饲使黑羽番鸭肝脏脂肪水平极显著升高;在填饲过程,肝脏中FAS、ACC、MTTP、ApoB和GPAT基因的表达对黑羽番鸭脂代谢网络调控发挥作用。

GH基因对黑羽番鸭体重和屠宰性能的遗传效应分析

采用PCR-SSCP方法检测生长激素基因(GH)在黑羽番鸭群体中的多态性,并分析GH基因与黑羽番鸭体重、屠宰性能的关系。结果表明:在GH基因第1内含子上发现了G945A,T1039G共2个SNP,形成了CC型、CD型、DD型3种基因型,群体纯合度为0.5036,多态信息含量为0.3732。在黑羽番鸭早期生长发育过程中,CC型公鸭体重在不同周龄时处于最高值。在13周龄屠宰时,公鸭CC型的宰前活重、屠体重、半净膛重、全净膛重、腹脂重、腺肌胃重显著高于CD型和DD型(P<0.05),CC型心重显著高于CD型(P<0.05),CC型、CD型、DD型3种基因型间屠宰指标百分比无显著差异(P>0.05)。母鸭所有指标在3种基因型间均无显著差异(P>0.05)。这些关联分析表明C基因可能是公鸭早期增重的有利基因。

6个白鹅品种GH基因第2外显子多态性研究

以太湖鹅、扬州鹅、豁眼鹅、浙东白鹅、皖西白鹅和四川白鹅6个鹅品种为试验材料,根据鸭、鹅GH基因序列设计1对扩增第2外显子的引物,用PCR-SSCP方法进行单核苷酸多态性分析,并对不同品种进行群体遗传学分析。结果表明,在鹅GH基因第2外显子上共发现2个单碱基突变位点,第39处的T-C突变,未发生氨基酸变化,为沉默突变;第74处T-C单碱基突变导致第25个氨基酸由缬氨酸(V)变为丙氨酸(A)。鹅群中表现出10种基因型(AA、AB、AC、AD、BB、BC、BD、CC、CD、DD)。统计结果发现10种基因型在6个鹅品种间分布存在极显著的差异(P<0.01)。所有品种均处于Hardy-Weinberg平衡状态。群体遗传分析表明太湖鹅杂合度、有效等位基因数、多态信息含量最低,浙东白鹅最高;除太湖鹅为中度多态外,其他品种均为高度多态。本研究表明鹅GH基因在不同品种中具有丰富的单核苷酸多态性,可以进一步作为候选基因来分析其与生产性状的相关性。

鹅生长激素基因外显子单核苷酸多态性分析

以莱茵鹅、四川白鹅、豁眼鹅、皖西白鹅和朗德鹅5个鹅品种为试验材料,根据鸭、鹅生长激素基因序列设计了3对引物扩增第2、第3、第5外显子,用PCR-SSCP方法进行单核苷酸多态性分析,并对不同鹅品种进行群体遗传学分析。结果显示:在鹅GH基因第2外显子上共发现2个单碱基突变位点,第39个碱基处的T→C突变未发生氨基酸变化,为沉默突变;第74个碱基处T→C单碱基突变导致第25个氨基酸由缬氨酸(V)变为丙氨酸(A);鹅群中表现出10种基因型(AA、AB、AC、AD、BB、BC、BD、CC、CD、DD)。统计结果发现:10种基因型在鹅品种间分布存在极显著差异(P<0.01);所有鹅品种均处于Hardy-W e inberg平衡状态。群体遗传分析显示:杂合度、有效等位基因数朗德鹅最低,豁眼鹅最高;朗德鹅PIC为0,四川白鹅为中度多态外,其他品种均为高度多态。表明鹅GH基因在不同鹅品种中具有丰富的单核苷酸多态性,可以进一步作为候选基因来分析其与生产性状的相关性。

基于酶切的简化基因组测序在水禽品种进化关系研究中的应用

以基于酶切的简化基因组测序技术对5个鹅品种[狮头鹅(ST)、溆浦鹅(XP)、皖西白鹅(WX)、豁眼鹅(HY)、朗德鹅(LD)]进行测定,通过序列比较发现品种间存在SNP,在分析品种群体遗传参数的基础上,建立系统发生树。研究结果表明,所有样本酶切位点在20万左右,测序覆盖度在10%以上。狮头鹅群体平均突变位点26 172个,溆浦鹅群体34 153个,皖西白鹅群体35 179个,豁眼鹅群体为29 182个,朗德鹅群体18 675个。朗德鹅与其他鹅品种的Fst均在0.08以上,说明朗德鹅和其他鹅品种序列差异较大,狮头鹅与其他3个白鹅品种之间的Fst在0.04左右,3个白鹅品种的Fst较小。系统发生树分析表明,5个鹅品种大致分为三大类,溆浦鹅和狮头鹅聚为一类,皖西白鹅和豁眼鹅聚为一类,朗德鹅单独为一类。品种之间存在大量的SNP,该研究为鹅品种识别和进化提供依据。

黑羽番鸭GH基因多态性与体质量、屠宰性能的相关性

以黑羽番鸭为素材,利用PCR-SSCP技术寻找该群体GH基因单核苷酸多态性(SNPs),并分析SNPs与体质量、屠宰性能的关联性。结果表明,在GH基因第1内含子上发现了A1251C、A1322G、T1378C、G1440A共4个SNP,形成了AA、AB、BB 3种基因型,群体纯合度为0.502 7,多态信息含量为0.373 6。在番鸭早期生长发育过程中,BB型公鸭体质量在不同周龄时处于最高值;在13周龄屠宰时,BB型公鸭的宰前活质量、屠体质量、半净膛质量、全净膛质量显著高于AA型和AB型(P<0.05);在内脏组织中,BB型腹脂质量、心质量显著高于AB型(P<0.05);AA型、AB型、BB型3种基因型间屠宰指标百分比无显著差异(P>0.05)。母鸭所有指标在3种基因型间均无显著差异(P>0.05)。这些关联分析表明B基因可能是公鸭早期增重的有利基因,在母鸭上还需进一步验证。

鸭H-FABP基因的克隆及其组织表达

运用RT-PCR技术扩增鸭H-FABP基因序列,并用半定量RT-PCR方法研究该基因的组织特异表达规律。从35周龄母鸭心脏组织中首次克隆了H-FABP基因的cDNA序列,长度为606 bp,包含1个402 bp的完整编码序列,编码133个氨基酸。该序列与鸡H-FABP基因序列有约90.5%的同源性,而相应氨基酸序列的同源性为88.0%;与人、小鼠、牛、猪和山羊等哺乳动物的H-FABP基因序列的同源性在71.9%和76.6%之间,而相应氨基酸序列的同源性在72.9%和76.7%之间。半定量RT-PCR结果表明,该基因在心脏组织中的表达量最高,在骨骼肌、脂肪、小肠、腺胃、肌胃、肺、间脑和肾组织中均有中度或微量表达,而在肝、脾和卵巢中不表达。表明H-FABP基因在动物进化中具有高度保守性,具有相似的生物学功能,该基因的表达具有组织特异性。

LPL基因多态性与黑羽番鸭肉质性状的相关性分析

采用PCR-SSCP技术对黑羽番鸭LPL基因部分序列进行了多态性研究,分析不同基因型与肉质性状的关联。结果表明:在第3内含子上发现了2个SNPs,分别为G120A、A128G,形成了HH、HI、II 3种基因型。群体纯合度为0.5001,多态信息含量为0.3749。II型公鸭胸肌中Pro含量显著高于HI型,II型Val、Met、Phe含量显著高于HH型;HI型母鸭胸肌中His含量显著性高于II型;II型公鸭腿肌中Asp含量显著高于HI型,HH型His含量显著高于II型,II型Pro含量显著高于HH型,II型Ile、Phe含量显著高于HH型、HI型;HI型母鸭腿肌中Gly含量显著高于II型,HI型Arg含量显著高于HH型(P<0.05)。

太湖鹅MyoG基因多态性与体重的相关性分析

以太湖鹅为材料,利用PCR-SSCP技术检测该群体Myo G基因单核苷酸多态性(SNPs),分析SNPs与体重的关联性。结果表明,在Myo G基因第1外含子的108位碱基发生了C-T突变,形成了HH,HI,II 3种基因型。H等位基因频率为0.3271,I等位基因频率为0.6729。太湖鹅群体纯合度为0.5598,多态信息含量为0.3422。太湖鹅初生重在不同基因型间无显著性差异。在早期生长过程中,太湖鹅II型体重在不同周龄时处于最大值,杂合子HI型处于中间,HH型最小。在10周龄时,公鹅II型、HI型的体重差异不明显,但均显著高于HH型体重;母鹅II型体重显著性高于HH型,HI型体重与HH型、II型体重并无显著差异。这些关联分析表明I基因可能是太湖鹅早期增重的有利基因。