2015年植物基因组研究最新进展

近年来,动植物全基因组测序的结果正如雨后春笋般涌现, 动植物全基因组测序也在紧锣密鼓地展开。下面小编带领大家来初步了解下植物基因组的一些小秘密。

植物基因及其组特点

基因组是指一个细胞(核)中的全部DNA，包括所有的基因(gene)和基因间隔区(intergen-ic region)。植物基因组由重复序列和低(单)拷贝的DNA组成。重复序列分为两类:串联重复(tandem repoats)和散布重复(dispersed repeats)。基因组较大的植物，DNA序列重复的程度高，单拷贝序列较短(<2kb)；基因组较小的植物，低拷贝序列则较长，如在拟南芥中可长达120kb。

细胞是不停地进行着维持植物生存所必须的基本代谢活动的生命小宇宙，小宇宙当中的大部分代谢活动受制于细胞核。细胞核是生命赖以维持的基本装置，其中遗传信息物质(DNA)的总和称为细胞核基因组(nucleic genome)。植物细胞中还有另外两种类型的基因组，即线粒体基因组和叶绿体基因组。本文中的基因组如不加特殊说明即指细胞核基因组。高等植物的基因组具有物种特异性，每个植物种拥有固定数量和形态的基因组。光学显微镜下基因组呈可视的染色体(chromosome)状态，如果将细胞核比作地球，染色体就好比地球之。染色体上布满了类似于崎岖山脉的拓扑异构酶(topoisomer-ase)，并分布着不便于行走的类似于沙漠的各式各样重复序列(repeated sequence)。与地球大峡谷相对应的是染色体着丝粒(kinetochore)，相互连锁着的基因相当于平原上和沿海岸线星罗棋布的大都市，而染色体上的特定碱基序列基序(specific basesequencemotif)可以看作是大都市中鳞次栉比的高楼大厦。

不同物种的基因组各具特点。人类基因组拥有大约80000个基因，但基因编码区域仅仅占整个基因组的3%。酵母基因组仅含有6000个基因，构成极为紧密。某些植物的基因组则主要为重复DNA序列所组成。而原核生物的基因组非常小，基因与基因之间很少留有闲置区域。了解各种基因组序列所包含的信息无疑将成为生物科学工作者的重要使命。

目前，以人类基因组课题为契机，发达国家及部分发展中国家均在不遗余力地推进基因组科学的发展。对某些原生动物和真菌等小型基因组的分析已经取得重大突破，整个研究领域正迎来后基因组科学(post-genome science)时代。然而，植物基因组分析特别是木本植物基因组分析起步较晚，现阶段主要还是围绕拟南芥菜(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)[11]和玉米(Zea mays)等草本模式植物(model plant)展开。

2015年新发现的植物基因组

2015年的新发现，已经发表的植物基因组，揭下新一批植物的神秘面纱，让我们一起来围观这些植物的生命代码！

植物大型基因组新技术路线

但由于植物通常基因组较大,基因组结构较为复杂,在测序中存在基因序列错误、组装顺序错误、高GC区沦陷、重复区丢失、染色体结构变异空泛等问题，使用传统的二代测序方法而又面临经费不足的弊端，使得一些研究项目难以开展，天津生物芯片利用PacBio第三代测序技术的长读长、高精度、均匀覆盖基因组等特点，结合全新的基因组组装策略，使平均N50读长增加到10-14K，开启功能基因组研究新时代！

2014年，天津生物芯片技术团队通过前期大量的研发投入，成功开发了基于美国Pacific Biosciences公司的第三代单分子实时测序平台的生物信息分析流程，成为国内首家正式推出第三代测序服务的公司。短短两年时间内，天津生物芯片通过上百个大小项目的实战经验积累，进一步优化和完善了自己基于第三代测序的数据分析平台，成为国内有影响力的第三代测序分析团队。

天津生物芯片目前的测序分析服务涵盖了基因组学、转录组学、表观基因组学等多个研究领域，为客户提供的针对多组学研究相关领域的完整解决方案。 天津生物芯片案例

某二倍体植物基因组大小为350Mb左右，且杂合度比较高。天津生物芯片使用P6-C4试剂组合，进行上机测序，测其全基因组DNA。最终测得subreads的总数据量为30.4Gb，经过过滤的subreads长度的N50值为15，450bp，subreads的平均长度为11，0bp。采用TBC研发的拼接策略仅用PacBio进行denovo拼接，最终获得了321Mb基因组序列，最终拼接结果的Contig N50值达到1.35Mb。

参考文献：

[1] Brown TA。MolecularBiologyLabfax。 2ndedition， Volume I。London: Academic Press，1998 [2] 黄晓丹,张云贵,应铁进.高质量植物基因组D N A的提取：1003-8701(2009)02-0004-04. [3] 王军,杨传平,刘桂丰.木本植物基因组DNA提取及鉴定 ，植物研究2006.9.

[4] Ramsay K,Wang Z H,Jones M G K.Usinglaser capture micro-dissection to study gene expression

in early stages ofgiant cellsinduced by root-knot nematodes.Mol Plant Pathol,2005,5(6). [5] Beaulieu JM,Leitch IJ,Knight CA.Genomesize evolution in relation to leaf strategy and

metabolic rates revisited.AnnBot,2007,99(3):495–505.