检索结果-内蒙古大学图书馆

南京农业大学学报 2015年第2期38卷 240-247页

作者：朱国忠戴伟民陈晓锋张晶旭强胜南京农业大学杂草研究室/江苏省杂草防治技术工程技术研究中心江苏南京210095

[目的]杂草稻的起源与演化是一个未澄清的热点问题,分子标记技术是最重要的研究手段之一。由于已经应用的分子标记数量有限,与栽培水稻缺乏特异性,因此探索新的分子标记仍然十分必要。[方法]使用网络基因组数据库中13份栽培水稻和野生... 详细信息

[目的]杂草稻的起源与演化是一个未澄清的热点问题,分子标记技术是最重要的研究手段之一。由于已经应用的分子标记数量有限,与栽培水稻缺乏特异性,因此探索新的分子标记仍然十分必要。[方法]使用网络基因组数据库中13份栽培水稻和野生稻叶绿体全基因组序列进行比对和分析,针对其中的高频变异区域设计标记引物,进而对60份杂草稻样品的标记区域测序并进行多态性验证。[结果]13份样品叶绿体全基因组中存在1020个单核苷酸多态性(SNP)位点,111个插入/缺失(InDel)位点,表现出丰富的遗传变异;选定其中3个高频变异区域,分别针对trnG-trnfM基因间区、psbM-trnC基因间区和trnT-trnL基因间区设计了3对引物,对60份杂草稻材料进行了检测,发现3个片段总长1966bp,共存在7个SNP位点,6个InDel位点,总变异序列长度为34bp,占序列总长的1.73%。系统发育树结果显示,60份杂草稻被划分为4个类群。另外,将网络数据库中的13份栽培水稻和野生稻数据进行分析,发现不同栽培稻和野生稻的籼粳类型分别被聚到杂草稻的相应类群中。[结论]所开发的3对叶绿体分子标记可以对上述杂草稻进行良好的分类,因此可以作为研究杂草稻遗传多样性及演化的分子标记。

关键词：杂草稻基因组数据库叶绿体基因分子标记

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巴西药用植物基因组数据库的构建与应用

巴西药用植物基因组数据库的构建与应用

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作者：周冠儒湖北中医药大学

学位级别：博士

背景：　　几千年来，世界各地的人们一直将药用植物视为一种安全的治疗方式。巴西因其丰富的药用植物资源和复杂的应用文化，使其对欧美各国在草药领域有深远影响。充分发挥我国在前沿的本草基因组学技术研究成果，增强中国与南美国家... 详细信息

背景：　　几千年来，世界各地的人们一直将药用植物视为一种安全的治疗方式。巴西因其丰富的药用植物资源和复杂的应用文化，使其对欧美各国在草药领域有深远影响。充分发挥我国在前沿的本草基因组学技术研究成果，增强中国与南美国家的药用植物科研交流，是推动中药国际化，造福世界人民的有力举措。　　基因组数据库作为本草基因组学的研究数据交流和应用平台，在基因组学研究中发挥重要作用。目前主流的综合性基因组数据库，存在数据格式不统一、针对性不强、草药研究领域的应用体验差等问题。建立一个专门针对南美药用植物的基因组数据库，相信会是增进中国与南美洲草药科研交流的重要平台。　　方法：　　从6个版本的巴西药典中收集药用植物的统计数据并进行分类。从公共数据库以及自测数据对物种进行数据获取，数据分类后纳入本数据库。　　基因组数据库的构建基于典型的web服务器LNMP架构模式，并建立了基于ITS2、psbA-trnH和cp-G的巴西药用植物BLAST服务器。　　采用CTAB法提取马钱子幼嫩叶片DNA,采用K-mer分析方法对马钱子的基因组大小和杂合率等情况进行评估。使用NextDenovo进行基因组初步组装，对组装结果从连续性、一致性和完整性三个方面进行了组装质量评估。用Illumina平台进行高通量测序，将含有有效信息的Hi-C reads分离出来，然后利用Hi-C互作关系来进行辅助组装。应用Hi-C Explorer基于contig互作强度与位置关系进行绘图，来帮助证明基因组的锚定效果。最后进行基因组注释。　　使用高通量测序平台IlluminaNovaSeq对马钱子、薄荷DNA进行高通量双端测序。以每条染色体为单位统计每条染色体上SNP变异和InDel变异数量，构建遗传图谱。基于GATKhard-filtering过滤后的剩下的变异结果文件，最后使用剩余的变异位点进行群体结构分析。使用PHYLIP构建进化树，后续基于树文件(newick格式)使用ggtree进行可视化。基于鉴定的变异，筛选出每个样本中特有的基因型。同时筛选出该样本中的基因型为纯合的位点作为品种鉴定的分析标记。　　结果：　　巴西药典历史上总共陆续收载了 324种药用植物。12种药用植物同时被巴西、中国药典收录，两国药典在草药的使用部位、相关产品、产地、含量测定标准上均有不同之处。巴西药典收载的108种药用植物，本地植物物种仅有25种，有46种药用植物同时被欧盟药典收载。　　建立了第一个针对巴西药典药用植物的基因组数据库，并向公众开放。嵌入了一个BLAST服务器，用于巴西药用植物的内部转录间隔区2(ITS2)、基因间区(psbA-trnH)和叶绿体基因组(cp-G)的物种鉴定和序列搜索。数据库包含了 82种具有明确拉丁学名的药用植物资料，76种植物的753个ITS2、553个psbA-trnH。同时也包含24种物种的37个尚未发布的原始基因组序列和34种物种的616个转录组序列数据集，以及56种药用植物的174个cp-Gs。　　共有约388.79Mb的基因组序列被定位到22条马钱子核基因组染色体上，即覆盖了约100％的组装基因组大小。重复DNA序列约占马钱子基因组的35.73％。在马钱子基因组中鉴定出24469个蛋白质编码基因，平均mRNA长度约为5.26Kb,cds的平均长度约为1326bp。总外显子数为146,479个，总内含子数为122,010个，大约有97.92％的基因在功能上有注释，其中，在 NR(96.96％)、Uniprot(96.89％)和 Interpro(96.88％)三个数据库中最为显著。　　马钱子分子标记实验共鉴定到26,912,274个SNP和7,204,918个InDel位点，平均69.03个SNP/kb,18.48个InDel/kb。基于统计结果，对变异在基因组上的分布进行可视化。从全基因组变异分布图上看，变异位点在全基因组的分布比较均匀。群体遗传进化树显示马钱子与牛眼马钱子亲缘关系较近，与毛柱马钱子亲缘关系较远。基于鉴定的变异，筛选出5个样本中特有的基因型。　　薄荷分子标记鉴定结果显示，本研究共鉴定到4,175,573个SNP和1,694,110 个 InDel 位点，平均 87.75 个 SNP/kb,36.26 个 InDel/kb。从全基因组变异分布图上看，变异位点在全基因组的分布比较均匀。基于鉴定的变异，筛选28个薄荷样本的特有的基因型。　　结论：　　结合近40年中外发表文献进行统计分析，总结分析巴西在草药领域的国际影响力，中国与巴西在草药资源上的异同点，提出以药用植物基因组数据库为平台，提供中药国际化解决方案。　　首次全面和系统的对全部版本的巴西药典药用植物物种信息进行梳理，探究中国药典和巴西药典在相同草药上的不同标准。对历代巴西药典药用植物的演变进行分

关键词：药用植物基因组数据库全基因组测序分子标记

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利用基因组数据库筛选恶性疟原虫抗原候选基因

利用基因组数据库筛选恶性疟原虫抗原候选基因

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作者：李会良中国协和医科大学

学位级别：博士

疟疾是目前地球上对人类危害最严重的蚊传寄生原虫病，全世界每年有3至5亿人受到疟原虫感染，二百多万人死于恶性疟疾，其中80％是儿童。疟原虫是疟疾的病原体，寄生于人体的疟原虫共有4种，而恶性疟原虫是其中最致命的一种。由于恶性... 详细信息

疟疾是目前地球上对人类危害最严重的蚊传寄生原虫病，全世界每年有3至5亿人受到疟原虫感染，二百多万人死于恶性疟疾，其中80％是儿童。疟原虫是疟疾的病原体，寄生于人体的疟原虫共有4种，而恶性疟原虫是其中最致命的一种。由于恶性疟原虫抗药性的不断出现和蔓延，使恶性疟疾的化学治疗难以奏效，加上虫媒对杀虫剂也易产生抗药性，致使对疟疾的控制至今仍是一个大难题。在疟疾的防治过程中，人们希望通过有效的预防接种来防止发病，减轻临床症状。然而尽管到目前为止已经发现了不少红内期抗原，但对这些抗原无论单独使用还是联合使用都未能达到满意的免疫保护性，究其原因主要是由于疟原虫生活周期复杂，抗原性受其生活周期影响而不断改变，而且抗原在不同虫株间呈现高度多态性。因此寻找新的保护性抗原候选基因仍然是疟疾疫苗发展的重点。1996年实施的恶性疟原虫基因组研究计划，是疟疾研究史上的一个重要里程碑，为疟疾疫苗的研究开辟了新的思路。我们的研究策略就是基于恶性疟原虫基因组数据库提供的信息，利用生物信息学分析方法，从两条途径来寻找恶性疟原虫保护性抗原基因。第一条途径是从恶性疟原虫二级数据库(contig)，寻找含保守功能结构域的抗原。我们选用了保守的动力素蛋白作为筛选的目标。它是一种广泛分布于从酵母到哺乳动物细胞的一种保守的膜运转相关蛋白。为了获得恶性疟原虫动力素蛋白，利用酵母动力素相似蛋白VSP1的一段保守序列搜索恶性疟原虫数据库，找到了包含恶性疟原虫动力素蛋白片段的一段Contig序列，并以此设计探针，从恶性疟原虫cDNA文库中筛选Pfdyn基因。克隆的Pfdyn cDNA全长3014bp，AT含量74.12％，GenBank登录号为AF336796。具有保守Kozak序列，其翻译起始位点位于315bp处，开放阅读框架编码837个氨基酸，预测分子量92.1KD。所编码的蛋白具有动力素蛋白家族所共有的N端三重GTP结合结构域、中部保守结构域和GTP酶活性调控结构域。根据动力素蛋白家族的分子进化树分析，恶性疟原虫Pfdyn不属于目前已知的动力素蛋白家族的三个亚族。 Pfdyn在基因组上只发现一个拷贝，位于11号染色体内，共有4个外显子。与3D7株相比，Dd2株来源的Pfdyn序列在1976位有一个A到G的突变，但这一突变并不影响所对应的氨基酸序列。同时Pfdyn N端序列与鼠约氏疟序列有94％同源与人间日疟序列有92％的同源，在不同疟原虫种之间是保守的。RT-PCR分析Pfdyn

关键词：恶性疟原虫动力素 GTP 结构域红内期疟原虫感染保护性抗原基因基因组数据库博士生候选基因

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草鱼基因组数据库的构建和生长速度相关基因的筛选

草鱼基因组数据库的构建和生长速度相关基因的筛选

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作者：陈亚鑫中国科学院大学

学位级别：博士

草鱼是中国最重要的淡水养殖鱼类之一，其经济价值巨大。生长速度直接影响草鱼产量，是草鱼育种研究中最值得关注的性状之一，然而，草鱼较长的性成熟周期使得育种工作进展维艰，迄今尚无正式报道经人工选育的优良品种品系，严重制约了... 详细信息

草鱼是中国最重要的淡水养殖鱼类之一，其经济价值巨大。生长速度直接影响草鱼产量，是草鱼育种研究中最值得关注的性状之一，然而，草鱼较长的性成熟周期使得育种工作进展维艰，迄今尚无正式报道经人工选育的优良品种品系，严重制约了草鱼养殖业的进一步发展。为了解析生长速度性状的遗传构造和加快草鱼高产育种进程，构建草鱼基因组数据库，实现草鱼遗传及基因组数据可视化、检索与分析。在此基础上，采用全基因组关联分析寻找生长速度相关的SNP标记，及候选基因的筛选。本研究主要的内容与结果分别如下:　　(1)草鱼基因组数据库(GCGD)的构建　　搜集和整理草鱼现有的遗传及基因组数据，利用一系列生物信息软件和数据库，对预测的32，811个编码蛋白基因的功能进行注释，注释信息包含基因命名、基因本体(GO)、酶(EC)、KEGG同源(KO)、KEGG代谢通路、基因家族、斑马鱼的共线基因、基因临近的微卫星标记(SSR)以及蛋白产物。专门构建了草鱼基因组数据库（GCGD，），存放这些基因组信息以及大量的转录组数据。在GCGD中，也整合了一些用于数据可视化、检索和分析的工具，比如:基因组浏览器JBrowse、序列相似性比对工具BLAST、物种间代谢途径比较软件EC2KEGG、序列提取工具ReadContigs和数据库间的ID转换工具IDConvert。GCGD提供了关键字搜索、高级搜索和下载功能。作为一个草鱼基因组的专业网站，GCGD提供了友好的用户界面、优化的数据库结构、可视化的工具和便捷的操作。此数据库的构建有助于研究者快速浏览与检索草鱼遗传和基因组信息，为研究草鱼经济性状相关基因的功能提供参考。　　(2)全基因组关联分析(GWAS)筛选草鱼快速生长相关基因　　本研究通过对不同养殖条件下的三个全同胞群体进行全基因组关联分析，以寻找与体重、全长、体长和体高性状相关的SNP标记或基因。利用全基因组重测序技术对177个草鱼子代进行SNP分型，结合混合线性模型方法，最终共筛选到15个与生长速度相关的候选基因。这些基因主要参与细胞生长与分裂、神经系统、骨骼发育、体内平衡和代谢等过程。其中6个候选基因在其他草鱼家系中存在与生长速度相关的差异表达。尽管部分的候选基因在功能上难以与快速生长建立直观的联系，但它们可能是通过代谢网络间接地影响表型。本研究是GWAS技术首次应用于草鱼生长速度的研究，不仅为草鱼生长性状的分子机制提供新的见解，促进草鱼品种改良和产量提高，也为快速鉴定其他水产动物重要经济性状相关的基因提供了参考。

关键词：草鱼基因组数据库生长性状基因筛选

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不结球白菜基因组数据库的构建及芸薹属作物microRNA和EST-SSR数据的挖掘与分析

不结球白菜基因组数据库的构建及芸薹属作物microRNA和EST-SSR数...

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作者：王金彦南京农业大学

学位级别：博士

不结球白菜(Brassica campestris ssp. chinensis Makino)是十字花科芸薹属中最重要的蔬菜作物之一,原产中国,不仅营养丰富而且具有适应性广及生长迅速等特点,在中国、韩国、日本等东亚国家普遍栽培,近年来欧美等国家也广泛引种并逐渐... 详细信息

不结球白菜(Brassica campestris ssp. chinensis Makino)是十字花科芸薹属中最重要的蔬菜作物之一,原产中国,不仅营养丰富而且具有适应性广及生长迅速等特点,在中国、韩国、日本等东亚国家普遍栽培,近年来欧美等国家也广泛引种并逐渐成为世界性的重要蔬菜。目前不结球白菜的分子生物学研究相对于其他模式植物相对滞后,主要是由于没有获得不结球白菜的基因组序列信息,因此构建不结球白菜的基因组数据库具有重要意义,这不仅有利于探明不结球白菜基因的功能,促进我国蔬菜品种改良和种质创新,也为深入了解不结球白菜的起源和进化、丰富的自然变异提供重要的生物学和遗传学基础。本研究构建了不结球白菜基因组数据库,并利用NCBI公共数据库中的数据,对芸薹属作物大白菜和甘蓝的miRNA和EST-SSR数据进行挖掘与分析,并对其中的部分miRNA在不结球白菜和青花菜中进行了实时定量PCR实验验证。本研究结果如下： 1.不结球白菜基因组数据库的构建目前不结球白菜全基因组序列信息已经获得,但还没有一个供研究人员使用和查询的数据库平台,因此构建不结球白菜的基因组数据库具有重要意义。本研究运用生物信息学技术,采用IBM高性能计算服务器,对不结球白菜基因组测序数据进行加工处理,利用Linux、MySQL、Apache、PHP等软件搭建了服务器运行环境和网站,构建了不结球白菜基因组数据库,并提供基因组浏览、序列比对与查询、生理数据和形态学数据查询、品种图片资料浏览、序列下载等功能。 2.大白菜保守microRNA和靶基因的预测与鉴定利用比较基因组学方法,共找到168个大白菜保守的miRNA分子,这168个miRNA隶属于38个miRNA家族。这些miRNA来自于22条EST序列和119条GSS序列,其中miRNA1533、miRNA156和miRNA2911家族包含的miRNA成员数量最多。通过生物信息学分析发现,有129个：miRNA作用于1,386个大白菜EST靶基因,这些靶基因参与多个生物和代谢过程,包括代谢、细胞增长、信号转导、胁迫响应和植物发育等。基于靶基因的编码蛋白进行GO分析表明,有688、532、287个基因分别隶属于分子功能、生物过程和细胞组分。KEGG分析表明大白菜miRNA靶基因参与了214个代谢途径,包括植物-病原菌相互作用、脂肪酸代谢、氨基酸代谢、硝酸盐代谢和植物信号转导等。 3.不结球白菜miRNA组织特异性表达及其在低温条件下的表达情况采用实时定量PCR技术,对部分大白菜miRNA在不结球白菜自交系‘苏州青’成熟期阶段的根、茎、叶、花等4个组织进行表达分析,发现大白菜miRNA在不结球白菜不同组织中表达存在差异,其中bra-miR390、bra-miR529和bra-miR845都是在花中表达量最高,在根中表达量最低；bra-miR398和bra-miR414在叶中的表达量最高,在根中的表达量最低。另外还对低温处理下不结球白菜叶片中1miRNA的表达情况进行分析,发现bra-miR390、bra-miR156、bra-miR158和bra-miR162等9个miRNA在低温处理后,其在叶片中的表达量呈上升的趋势,bra-miR529和bra-miR167则表达量下降,其余1miRNA表达量在处理前后没有差异。 4.甘蓝microRNA和靶基因的预测与鉴定利用计算分析和比较基因组学的方法,共预测到193个甘蓝保守miRNA,这193个miRNA隶属于70个miRNA家族,分别来自于甘蓝17条EST序列和152条GSS序列,其中miR169、miR5021、miR156和miR158家族包含的miRNA数量最多。这其中有36个1miRNA家族是首次在芸薹属作物中发现。通过分析发现175个miRNA共作用于1,393个甘蓝靶基因。通过实时定量PCR和RLM-5'RACE实验,对部分miRNA及其靶基因在青花菜中进行表达分析,结果验证了miRNA及其靶基因之间的关系。对靶基因进行功能注释发现这些基因参与多个生物和代谢途径,包括信号转导、胁迫响应和植物发育等。Gene Ontology分析表明有818、514和265个基因分别隶属于分子功能、细胞过程和细胞组分。KEGG分析揭示了这些靶基因调控了186个代谢途径,包括脂质、能量、淀粉和蔗糖、脂肪酸和硝酸盐等代谢途径。 5.芸薹属EST-SSR分子标记的开发本研究中,对1,017,392个芸薹属作物EST进行SSR分析,共找到25,631个EST-SSR分子标记。EST中SSR的平均长度为25bp,三核苷酸重复出现的频率最高,其中AGG/CCT在白菜中出现的次数最多,占到三核苷酸重复总数的

关键词：不结球白菜基因组数据库大白菜甘蓝 miRNA 表达分析 EST-SSR

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汉族人群的精细遗传结构解析与参考基因组数据库构建

汉族人群的精细遗传结构解析与参考基因组数据库构建

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作者：王晓骥中国科学院大学

学位级别：博士

汉族作为世界上人口数量最大的民族，是东亚人群重要的组成部分。充分研究汉族人群的群体结构、遗传组成及其与周边人群的遗传关系，对于理解东亚人群的遗传进化历史、人群间表型差异的遗传基础都有着重要的意义。随着基因芯片技术和测... 详细信息

汉族作为世界上人口数量最大的民族，是东亚人群重要的组成部分。充分研究汉族人群的群体结构、遗传组成及其与周边人群的遗传关系，对于理解东亚人群的遗传进化历史、人群间表型差异的遗传基础都有着重要的意义。随着基因芯片技术和测序技术的发展普及，近年来的研究中产生了大量的全基因组突变数据。但是相比于针对欧美人群的研究，东亚汉族人群的群体遗传学分析还缺少综合全面的大样本量参考数据。本研究通过整合各个平台的数据，构建了迄今样本量最大的汉族人群参考基因组数据库。　　本研究共收集了十万多人的芯片数据，以及三万多人的测序数据。基于这套汉族人群参考数据作为reference panel，本研究针对汉族人群从软件方法和reference panel两方面优化了基因型填补处理流程。在对比了现有常用的reference panel后发现，使用整合了更多东亚人群单倍型的reference panel可以提高基因型填补的准确性。　　本研究充分利用了样本量增加带来的分析优势，基于主成分分析、FST、祖源成分分析、EEMS的结果，发现了以往研究中没有观察到的汉族人群更精细的遗传结构和特征。汉族人群最显著的遗传差异体现在南北汉族之间，而在更小尺度水平上汉族人群的遗传结构也与地理位置存在相关性。南方汉族人群表现出比北方汉族人群更为明显的内部差异。参考汉族人群与周边人群的遗传关系，可以将汉族人群的遗传成分分为汉族人群成分、东南亚人群成分、东北亚人群成分、西伯利亚人群成分、南亚人群成分、西欧人群成分6个祖先成分。汉族人群内部的遗传差异可能受到多种驱动作用的影响，而与周边人群的基因交流是其中重要的影响因素之一。同时，汉族人群也深刻影响了周边其他东亚人群的遗传组成和相互关系。　　最后，针对科研人员的需求，基于汉族人群参考基因组数据建立了针对汉族人群的群体遗传学在线数据库***（***或***）。***数据库不仅包含了本研究对于汉族人群内部群体结构分析结果的展示，还实现了对汉族人群突变位点频率的查询功能。用户也可以将自己的数据上传到***数据库的分析模块中，在线进行个体祖源分析、基因型填补、基因组关联分析。

关键词：汉族人群遗传结构遗传差异基因组数据库

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莴苣基因组数据库的构建及代谢性状的遗传解析

莴苣基因组数据库的构建及代谢性状的遗传解析

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作者：张维奕华中农业大学

学位级别：博士

莴苣(Lactuca sativa)是全球最受欢迎的蔬菜之一,基因型多样,且富含膳食纤维、维生素、氨基酸等日常所必须的营养。近年来,多个研究团队公布了高质量的莴苣参考基因组以及涵盖莴苣丰富种质资源的多组学数据。为了更好的利用这些已经公... 详细信息

莴苣(Lactuca sativa)是全球最受欢迎的蔬菜之一,基因型多样,且富含膳食纤维、维生素、氨基酸等日常所必须的营养。近年来,多个研究团队公布了高质量的莴苣参考基因组以及涵盖莴苣丰富种质资源的多组学数据。为了更好的利用这些已经公布的数据,有必要对这些组学数据进行系统的汇总,并提供一个用户友好的平台,以帮助研究人员获取和分析莴苣数据。本研究开发了一个莴苣基因组数据库的网络服务器,以降低数据获取的难度并简化数据分析过程。植物在生长发育过程中会产生大量的代谢产物,其不仅参与植物生长发育和胁迫响应,同时也赋予植物独特的风味,并在保持人体健康的过程中起到重要的作用。本研究中,我们对大量的莴苣材料进行代谢组学分析,并以构建好的莴苣基因组数据库为平台,整合了代谢组、转录组和基因组数据来研究代谢物在莴苣驯化过程中的变异以及其遗传基础与分子机理。主要结果如下:(1)我们构建了一个综合的莴苣基因组数据库。该数据库集成了来自不同莴苣材料的240个RNA-seq数据、基因注释信息、eQTL和基因共表达网络,打造了可以打通不同组学数据的信息查询平台。同时该数据库还提供了数十种生物信息学工具,主要包括BLAST、Jbrowse、BSR-seq pipeline、QTL-seq pipeline、GWAS和差异表达分析来帮助用户更好的利用和分析莴苣组学数据。(2)我们对包括主要栽培类型和野生莴苣Lactuca serriola在内的189份莴苣材料进行代谢组学分析,并在其中鉴定了77个初生代谢物。我们发现***与栽培莴苣在初生代谢水平上有一定的不同。通过NANOVA、Tukey测验以及Qst-Fst等方法,我们检测出一些在驯化及莴苣类型分化中受到选择的代谢物。具体而言,有galactinol、malate、quinate和threonate,在莴苣驯化过程和进一步的栽培类型分化中变化显著。(3)我们通过全基因组关联分析(GWAS)检测出与51个初级代谢物水平显著相关的154个代谢物数量基因座(mQTL)。其中,LG8749721编码一个半乳糖醇合成酶,被鉴定为影响莴苣中半乳糖醇和棉子糖含量的候选基因。在烟草中超表达LG8749721的结果显示,超表达LG8749721确实可以在烟草中提高半乳糖醇和棉子糖的含量。(4)我们开发了一个新的流程来鉴定可能受驯化影响的,并且与初生代谢物合成或代谢相关的基因。该流程共筛选出4个候选基因,其中3个与quinate和chlorogenic acid的合成代谢相关。基于基因表达与代谢物水平之间的相关性,LG8763094和LG5482522被选为候选基因。针对启动子的重测序数据表明,LG8763094和LG5482522启动子在栽培莴苣和野生莴苣间存在大量的遗传变异。结合基因表达数据我们推测启动子的变异可能会影响它们的表达水平,并最终导致***中quinate和chlorogenic acid的大量积累。本研究提供了综合的莴苣基因组数据库以及丰富的莴苣遗初生代谢物数据。栽培莴苣中的chlorogenic acid含量明显低于野生莴苣,鉴于chlorogenic acid对人体健康的贡献,该研究为未来莴苣的品质改良提供了重要的线索。

关键词：莴苣基因组数据库初生代谢物代谢全基因组关联分析驯化

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白背飞虱翅型分化和抗病毒机制的网络分析及其基因组数据库的构建

白背飞虱翅型分化和抗病毒机制的网络分析及其基因组数据库的构建

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作者：郜鑫磊中国科学技术大学

学位级别：博士

白背飞虱是一种水稻害虫,它不仅直接吸食水稻,还是水稻病毒的传播介体,并且具有很强的迁飞能力,对水稻生产造成了巨大的损失。因此它是研究植物宿主-植物病毒-介体昆虫相互作用模式,以及昆虫翅膀表型可塑性的理想模型。为了探究白背飞... 详细信息

白背飞虱是一种水稻害虫,它不仅直接吸食水稻,还是水稻病毒的传播介体,并且具有很强的迁飞能力,对水稻生产造成了巨大的损失。因此它是研究植物宿主-植物病毒-介体昆虫相互作用模式,以及昆虫翅膀表型可塑性的理想模型。为了探究白背飞虱与南方水稻黑条矮缩病毒（Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV）的互作,及其翅型分化的调控机制,我们分别构建了翅型分化和免疫相关的白背飞虱基因相互作用网络,并结合了RNA-Seq和ChIP-Seq数据,来从网络水平揭示基因和信号通路在翅型分化和免疫反应中的作用,并鉴定和验证了在其中起到调控作用的新基因。首先,表型可塑性是昆虫中一种常见的高度适应环境的现象,相同的基因型可以响应环境的变化而产生不同的表型。白背飞虱的翅二型现象就是其中的一个代表。之前的研究表明Insullin-PI3K-Akt-FOXO信号通路在飞虱的翅型分化调控中起到至关重要的作用。然而,该通路的其他调控基因以及下游效应基因仍不完全清楚。我们从转录组分析中发现,飞行肌肉基因和能量代谢基因在长翅型翅芽中高表达,而且飞行肌肉基因的转录本在两种翅型中有显著的剪接方式差异,这表明长翅型个体的翅膀有更强大的飞行能力和更活跃的能量代谢。接下来,我们基于FOXO的ChIP-Seq数据,预测了1259个FOXO的靶基因,其中包括翅型分化、飞行肌肉和能量代谢基因。随后我们整合了基于蛋白质同源关系、共表达和GO语义相似性的方法预测的基因相互作用,以及FOXO-靶基因之间的相互作用,构建了全基因组规模的基因相互作用网络,并通过MCL聚类方法得到了多个与生理功能高度相关的网络模块。在IIS-PI3K-Akt-FOXO通路相关模块中,我们发现了45个与该通路的基因有直接相互作用的差异表达基因,这些基因被视为可能调控翅型分化的候选基因。我们从中挑选了5个基因通过RNAi敲除实验进行功能验证,结果表明这5个基因都能够调节翅型分化。该研究对白背飞虱的翅型分化调控提供了有价值的线索,并且证明了网络分析是鉴定表型调控新基因的有效方法。之后我们又通过类似的生物网络与组学数据相结合的方法,构建了白背飞虱的免疫相关网络,并利用感染SRBSDV的雄性和雌性白背飞虱的转录组数据,鉴定了白背飞虱受SRBSDV诱导后被激活或抑制的基因、通路和免疫相关网络模块。我们发现白背飞虱对病毒的免疫反应具有性别二态性,包括RNA干扰通路在内的多个免疫通路在雄性和雌性中对病毒的响应不同;内吞相关网络模块的基因表达量随着病毒滴度而发生明显变化;在雌性中与繁殖力相关的卵黄蛋白原的表达量随着病毒滴度的升高而上调,说明SRBSDV可能使雌性白背飞虱的繁殖力增强。最后,我们实验室首次完成了白背飞虱的基因组组装和注释,并积累了较为丰富的白背飞虱多组学数据。在此基础上,我们建立了白背飞虱的基因组数据库网站,提供基因组学数据和其他高通量测序数据的查询、可视化和下载服务,旨在丰富白背飞虱的研究资源,为今后的相关研究奠定良好的基础。

关键词：白背飞虱翅型分化南方水稻黑条矮缩病毒转录组基因相互作用网络基因组数据库

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鲤鱼基因组数据库的构建及应用

鲤鱼基因组数据库的构建及应用

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作者：朱锐上海海洋大学

学位级别：硕士

鲤科鱼类是一类非常重要的淡水养殖鱼类,广泛分布于世界各地。我国作为鲤鱼养殖大国,对鲤鱼的研究十分重视,目前对鲤鱼基因组资源的开发日趋完善,鲤鱼的全基因组测序工作早在2014年就已被完成,同时鲤鱼的遗传和物理图谱、SNP位点、EST... 详细信息

鲤科鱼类是一类非常重要的淡水养殖鱼类,广泛分布于世界各地。我国作为鲤鱼养殖大国,对鲤鱼的研究十分重视,目前对鲤鱼基因组资源的开发日趋完善,鲤鱼的全基因组测序工作早在2014年就已被完成,同时鲤鱼的遗传和物理图谱、SNP位点、EST标记等也都取得了进展,相关遗传信息的数据量日益增多,需要整合这些有价值的数据,来建立一个基因组数据库用于进一步研究鲤鱼基因的功能表达。课题组前期对2016年上传至NCBI的鲤鱼基因组数据进行了补洞和更新,得到新版鲤鱼基因组。与原数据相比,新版基因组在基因长度、外显子长度以及蛋白质长度方面与斑马鱼、青鳉等参考物种更为接近,证明新版基因组的完整性有所提升。同时,实验室还在鲤鱼的基因功能注释、群体基因组变异、体色基因表达等方面获得进展,积累了很多相关数据。本研究对这些序列以及注释信息进行筛选,并将其整合到一个My SQL数据库中,最终构建成鲤鱼基因组数据库(Common carp genome database,Cc GDB)。在基因组数据库构建完成的基础上对数据库进一步开发,使用Ubuntu的开源系统平台,采用My SQL数据库系统对鲤鱼基因组数据进行存储和管理,网站服务器使用Apache开源网页服务器进行搭建,并在服务器端使用PHP进行网页的动态加载。客户端使用Thinkphp的框架进行页面展示和数据传输。最终建立了鲤鱼基因组数据库的生物信息学研究平台(http://***/database/Commoncarp＿genome/),实现鲤鱼基因组数据资源的存储、开发以及共享。平台通过PHP+My SQL的方法实现鲤鱼基因功能的快速检索。可使用多种检索方式进行基因信息的查询,包括基因ID检索、GO和KEGG的ID和描述信息检索以及基因注释的关键词检索,检索结果包含鲤鱼基因的序列、基因家族、同源基因以及GO和KEGG的注释。Cc GDB采用JBrowse作为基因组浏览器,实现了最新版鲤鱼基因组数据以及基因表达、序列变异等信息的可视化,可在染色体上查看基因的位置、方向和结构,并可展示基因的表达和变体数据。平台还提供基于鲤鱼最新版基因组的在线比对功能,可以对感兴趣的鲤鱼基因组序列、转录本序列和氨基酸序列进行序列比对。Downloads页面提供了鲤鱼序列文件以及注释文件的下载,可供用户进行下载使用。为了进一步展示鲤鱼基因组数据库在实际科研中的应用,本研究以鲤孕激素受体(Progesterone receptor,Pgr)基因功能研究为例,来说明数据库资源的可用性。Pgr是介导孕激素调控鱼类性腺和生殖细胞发育成熟的受体,在鱼类胚胎发育、细胞分化中起关键作用。目前Pgr在多倍体鱼中的研究较少,通过鲤鱼来研究Pgr在复制基因中的表达以及功能具有很高的研究价值。在鲤鱼基因组数据库构建完成后,首先利用数据库的BLAST功能找到鲤Pgr两个基因Pgr1和Pgr2。其次使用数据库的基因检索进行Pgr的功能分析,分析结果表明鲤Pgr1和Pgr2同属类固醇激素受体基因家族(TF106510);基因本体显示Pgr1和Pgr2具有转录调控功能,并参与转录因子活性;KEGG信号通路预测结果显示Pgr1和Pgr2控制着卵母细胞减数分裂以及孕酮介导的卵母细胞成熟等信号通路。为了验证数据库结果,采用RAC E(rapid-amplification of c DN A ends)技术从鲤卵巢中克隆出两种Pgr基因的全长。生物信息学分析显示二者核酸和蛋白质同源性分别为91%和90%,均由锌指结构域和核激素受体域同源超家族两个功能域所组成。进化分析也表明鲤Pgr基因在进化中偏保守。荧光定量PCR结果表明,Pgr1和Pgr2在性腺的表达显著高于其他组织,说明二者可能参与性腺发育过程。催产素诱导后,Pgr1和Pgr2在精液和卵细胞的表达量高于受精卵,表明这两种基因与鲤生殖细胞成熟相关。大多数状态下Pgr1表达量显著高于Pgr2,表明在介导鲤性腺发育和生殖细胞成熟的过程中Pgr1起主要作用。实验结果表明,鲤鱼基因组数据库对鲤Pgr基因的功能分析具有极高的准确性,证明数据库的信息可以指导鲤鱼基因功能的鉴定分析,数据库的建立为后续开展大规模鲤鱼基因的功能和表达研究提供重要的理论依据。本研究收集并整合了一系列鲤鱼相关遗传数据,并以此为基础构建了鲤鱼基因组数据库。将一系列生信分析工具整合进数据库中最终构建成鲤鱼基因组数据库的生信分析平台。在平台建成后使用鲤鱼Pgr基因对数据库信息进行了实验验证,实验结果与数据库结果相吻合,证明了数据库内容的准确性,这将为后期大规模进行鲤鱼基因表达和功能的分析提供重要的理论基础。

关键词：鲤鱼基因组基因组数据库功能注释可视化基因组浏览器 Pgr

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海洋生物基因组数据库中新型降钙素序列挖掘、优化与功能验证

海洋生物基因组数据库中新型降钙素序列挖掘、优化与功能验证

引用

作者：胡杰伟中国人民解放军海军军医大学

学位级别：硕士

背景:我国已逐步进入老年社会,骨质疏松症是老年人尤其是中老年妇女的常见病,尽管降钙素是临床上用来治疗骨质疏松症的有效药物,但其也存在着诸如成本高、半衰期较短、免疫原性高等问题。因此,发掘更高效的降钙素具有重要临床意义。目的... 详细信息

背景:我国已逐步进入老年社会,骨质疏松症是老年人尤其是中老年妇女的常见病,尽管降钙素是临床上用来治疗骨质疏松症的有效药物,但其也存在着诸如成本高、半衰期较短、免疫原性高等问题。因此,发掘更高效的降钙素具有重要临床意义。目的:通过对多种新型海洋来源的降钙素基因序列进行序列对比、进化树分析、活性检测,发现高效新型降钙素,为临床应用奠定基础;建立高通量挖掘验证活性多肽的技术平台,为发现新功能多肽提供技术储备。内容:1、利用生物信息学方法从海洋生物基因组数据库中挖掘不同物种的降钙素序列。2、分析各降钙素序列差异、化学合成、质谱分析及活性验证。3、总结活性规律,并在此基础上设计优化新的降钙素序列及功能验证。4、通过对降钙素的研究初步建立海洋生物活性多肽的筛选平台。方法:1、利用鲑鱼降钙素序列进行BLAST获得其他物种的降钙素序列,由两部分组成:NCBI非冗余蛋白库和华大基因水生生物基因组数据库。2、通过clustal omega软件进行序列比对,结合物种选取具有代表性的序列使用MEGA7软件构建进化树。3、根据进化树结果,结合物种分类选择包括鲑鱼降钙素在内的13条序列进行化学合成。4、按照中国药典标准降钙素活性检定方法,对化学合成的13条降钙素在SD大鼠模型上进行活性验证。5、对包括鲑鱼降钙素在内的13条序列进行CD谱分析,使用Prot Param工具对各降钙素序列的各种理化性质进行计算,如等电点、GRAVY值、预计半衰期等;使用Heli Quest分析各降钙素序列的氨基酸组成比例、疏水性等。应用Swiss-Model、Swiss-Pdb Viewer、PEP-FOLD等软件对各降钙素序列的空间结构进行评估、预测。6、根据降钙素活性结果和序列、空间特点,总结活性规律。并在此基础上计算机辅助设计优化新的降钙素序列。7、设计降钙素序列的化学合成。8、按照中国药典标准降钙素活性检定方法,对化学合成的6条降钙素在SD大鼠模型上进行活性验证。9、用ELISA法初步分析设计降钙素序列的半衰期。10、用ELISA法初步分析设计降钙素序列的免疫原性。结果:1、利用鲑鱼降钙素序列进行BLAST获得其他物种的降钙素序列,分析各物种降钙素序列,共得到来自软骨鱼纲,辐鳍鱼纲,两栖纲,蜥形纲(鸟纲),合弓纲(哺乳纲)64种降钙素。2、通过序列比对和聚类,选取26种(条)具有代表性的降钙素序列构建进化树。3、根据进化树结果,结合物种分类选择包括鲑鱼降钙素和人降钙素在内的13条序列进行化学合成。4、对化学合成的13条降钙素在SD大鼠上进行活性验证,其中4种降钙素活性比鲑鱼降钙素活性高30%,3种与鲑鱼降钙素相当,4种比鲑鱼降钙素低。5、CD谱分析表明这11条天然降钙素二级结构与鲑鱼降钙素相似。6、软件分析表明活性较高的降钙素序列通常具有较高的亲水性。提示可能与降钙素整体“柔性”有关。7、序列对比分析发现16位或22位的苯丙氨酸/异亮氨酸的出现会显著影响降钙素序列活性。提示可能影响α螺旋的稳定与C端的折叠。8、结合前述这些结果,计算机辅助优化设计了6条降钙素序列。9、对这6条新设计的降钙素序列(CT-01～06)在SD大鼠上进行活性验证,其中2种活性比鲑鱼降钙素活性高50%,1种比鲑鱼降钙素高30%,3种比鲑鱼降钙素低。10、用ELISA法初步分析了CT-01、CT-04、CT-06这3条序列在SD大鼠体内的半衰期,发现与鲑鱼降钙素相当。11、用ELISA法初步分析了CT-01、CT-04、CT-06这3条序列在C57小鼠动物模型上的免疫原性,发现比鲑鱼降钙素低。结论:1、通过对天然海洋生物降钙素的活性检测,发现了Mdo、Oan、Gga、Cau 4种序列活性比鲑鱼降钙素活性高30%,Tni、Pbi、Loc 3种序列与鲑鱼降钙素相当,Cmi、Spa、Bpe、Hip 4种序列比鲑鱼降钙素低。2、通过总结降钙素活性规律,最终优化设计得到3条活性较高、半衰期长、免疫原性低的降钙素序列。3、课题组通过对降钙素的研究,初步建立了高通量挖掘验证活性多肽的技术平台。

关键词：降钙素降血钙活性基因组数据库进化树多肽结构

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