生物信息学在数字农业中的应用研究进展

生物信息学是近年来逐步发展起来的一门新兴交叉学科,它在利用计算机进行资源处理和分析海量数据方面具有诸多优势。首先对数字农业的起源及其在国内外的发展现状进行了描述,然后具体阐述了生物信息学这门新兴学科在数字农业方面的具体应用和贡献,包括数据库的构建、数据挖掘、比较基因组学、电子克隆和计算机辅助药物设计5个方面。最后,对生物信息学学科的重要性和今后促进其发展的主要途径进行了讨论,并对生物信息学在数字农业发展过程中所起的作用进行了展望。

马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平上LTR-逆转座子的鉴定与进化分析

LTR-逆转座子是构成基因组特别是植物基因组的重要组分。它们在寄主基因组的进化过程中起到重要作用。马铃薯是重要的经济作物和粮食作物,其全基因组序列的公布为进一步研究其遗传组成和演化提供了基础。本文以马铃薯全基因组序列为材料,用结构分析和同源比对的方法分离得到9 318个完整的LTR-逆转座子,7 281个非完整(truncated)LTR-逆转座子元件和3 657个solo LTR元件。进一步研究表明,gypsy类转座子在距今两百万年(million years ago,MYA)时转座活性被抑制,而copia类元件活跃至今。马铃薯和番茄比较基因组学的研究表明,LTR-逆转座子序列变异率为18.73%,远高于基因序列的7.37%和CDS序列的5.01%。

植物LTR-反转座子中Orf1基因的分子进化

LTR-反转座子是植物基因组的主要组成部分。它们在结构上非常保守,通常含有gag和pol两个基因,是完成其转座过程所必需的。在前期研究中,本项目组对大豆基因组SARE转座子家族进行了详细的分析。结果表明,该家族的拷贝中还存在第3个基因——Orf1。文章借助生物信息学的研究方法,对33个已测序的基因组进行了全基因组注释。结果发现,在7个植物基因组（桉树、杨树、棉花、大豆、百脉根、亚麻和苜蓿）中,部分LTR-反转座子元件在gag基因的上游存在约1~2kb未知的Orf1基因或基因片段。这类转座子多数在0~3百万年内插入到其所在的寄主基因组中,但它们在不同物种中的分子结构、发生的频率、扩增的强度和活跃的时期等方面差异较大。系统进化树分析表明,这类具有特殊结构的转座子较整齐的聚类到双子叶植物的一个进化分支上,表明它们可能是部分双子叶植物在进化过程中所产生的。不同物种间的相对保守性、大量拷贝的转录活性以及可能存在的多个功能结构域,提示Orf1基因可能具有一定的生物学功能。