組學分析策略11

1、組學分析策略組學分析策略組學分析組學分析n基因組基因組 有參考序列的基因組有參考序列的基因組 無參考序列的基因組無參考序列的基因組n轉(zhuǎn)錄組轉(zhuǎn)錄組 數(shù)字基因表達譜數(shù)字基因表達譜( DGE ) 轉(zhuǎn)錄組轉(zhuǎn)錄組(RNA Seq) Small RNA 測序測序 降解組測序降解組測序n蛋白組蛋白組n代謝組代謝組 基因組基因組n 結構基因組學結構基因組學 基因定位基因定位 基因組作圖基因組作圖 測定核苷酸序列測定核苷酸序列n 功能基因組學功能基因組學 基因的識別、鑒定、克隆基因的識別、鑒定、克隆 基因結構、功能及其相互關系基因結構、功能及其相互關系 基因表達調(diào)控的研究基因表達調(diào)控的研究n有參考基因組物種有參

2、考基因組物種 個體基因組再測序。個體基因組再測序。 多種品系基因組重測序。多種品系基因組重測序。 群體遺傳學分析。群體遺傳學分析。 圖譜構建與家系連鎖分析。圖譜構建與家系連鎖分析。 全基因組關聯(lián)分析。全基因組關聯(lián)分析。 基因組重測序開發(fā)新標記?；蚪M重測序開發(fā)新標記。 簡化基因組重測序開發(fā)新標記。簡化基因組重測序開發(fā)新標記。 基因組基因組 基因組基因組 個體基因組再測序個體基因組再測序?qū)τ谝褱y序的重要經(jīng)濟物種和模式物種的野生種、突變種或亞種進行基因組測序。策略： 1. 近緣物種的de novo ；2.全基因組重測序+de novo。1.基因組de novo組裝；近緣物種進化分析；2.序列比對+

3、 de novo組裝；SNP、插入/缺失和結構變異鑒定；進化分析。栽培大豆基因組栽培大豆基因組第一個大豆基因第一個大豆基因組組Genome sequence of the paleopolyploid soybean. Nature, 2010, 463:178-183.美國農(nóng)業(yè)部 美國聯(lián)合基因組研究中心華盛頓大學美國普渡大學等研究目的研究目的大豆基因組測序大豆基因組測序GS1.1Gb（2n=40）實驗設計研究材料：研究材料：栽培大豆Glycine max var. Williams 82 測序策略：測序策略：建庫3 kb, 8 kb, fosmid 及 BAC；Sanger：6.5X研究結果

4、研究結果1. 組裝：組裝：contigN50：189.4 Kb; scaffoldN50：47.8 Mb ；錨定染色體；錨定染色體上。上。2. 46,430個蛋白編碼位點，個蛋白編碼位點，283個豆個豆科特有基因家族?？铺赜谢蚣易?。3. 兩次基因組復制事件兩次基因組復制事件：5900萬年萬年前和前和1300萬年前。萬年前。4. 結瘤基因結瘤基因：28個結瘤基因和個結瘤基因和24個個關鍵調(diào)控基因。關鍵調(diào)控基因。5. 控油基因控油基因：脂類代謝相關基因遠：脂類代謝相關基因遠多于擬南芥，大豆具有更復雜的轉(zhuǎn)多于擬南芥，大豆具有更復雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。錄調(diào)控。野生大豆基因組野生大豆基因組第二個大豆基因組第二

5、個大豆基因組Whole-genome sequencing and intensive analysis of the undomesticated soybean (Glycine soja Sieb. and Zucc.) genome. PNAS, 2010. 107: 22032-22037 .韓國首爾大學 韓國生命工學研究院研究目的野生大豆與栽培大野生大豆與栽培大豆基因組比較。豆基因組比較。實驗設計研究材料：研究材料：野生大豆G. soja IT182932植株純合型。測序策略：測序策略：454+Solexa序列比對+ de novo 組裝。研究結果研究結果1、序列比對得到、序列比對

6、得到915.4M的的G. soja 基基因組，覆蓋已發(fā)表大豆基因組序列因組，覆蓋已發(fā)表大豆基因組序列的的97.65%；2、軟件分析發(fā)現(xiàn)復制區(qū)域占、軟件分析發(fā)現(xiàn)復制區(qū)域占G. soja 基因組的基因組的80%，鑒定得到，鑒定得到2.5million SNPs；3、發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)35.6%的高可信度基因都是的高可信度基因都是受受G. soja 基因組的非同義基因組的非同義SNPs影響影響的；的；4、通過序列比對和軟件計算，證明、通過序列比對和軟件計算，證明G. soja 和和G.max基因組在基因組在27萬年前產(chǎn)萬年前產(chǎn)生分化，遠遠早于馴化得到生分化，遠遠早于馴化得到G.max的的時間（時間（6000

7、-9000年前）；栽培大豆年前）；栽培大豆來自于先于來自于先于G. soja/G. max 復合體存復合體存在的祖先。在的祖先。野生大豆與栽培大豆的進化關系野生大豆與栽培大豆的進化關系野生大豆與栽培大豆分化時間早于大豆馴化時間。野生大豆與栽培大豆分化時間早于大豆馴化時間。 G.max 本質(zhì)上是本質(zhì)上是G. soja的馴化形式的馴化形式.。G. soja/G.max 復合復合體至少在體至少在270,000 y 前就出現(xiàn)了。前就出現(xiàn)了。多種品系基因組重測序多種品系基因組重測序核心種質(zhì)資源資源是育種家最為寶貴的財富。通過對核心核心種質(zhì)資源資源是育種家最為寶貴的財富。通過對核心種質(zhì)資源進行重測序，可以

8、實現(xiàn)：種質(zhì)資源進行重測序，可以實現(xiàn)：核心種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫（分子標記，材料間聚類關系）；核心種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫（分子標記，材料間聚類關系）；研究與品種優(yōu)良性狀相關的分子機制。研究與品種優(yōu)良性狀相關的分子機制。玉米重測序玉米重測序研究材料：研究材料：6個中國重要玉米個中國重要玉米骨干親本骨干親本測序：測序：Illumina 每株每株5xSOAP v2.18比對參比對參考基因組序列考基因組序列發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了100多萬個多萬個SNPs位點和位點和3萬多個萬多個IDPs位點，建立了高密度分子標記遺位點，建立了高密度分子標記遺傳圖譜傳圖譜。發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了101個序列多態(tài)性較低的區(qū)域，個序列多態(tài)性較低的區(qū)域，在這些區(qū)

9、域中含有大量在選擇過程中在這些區(qū)域中含有大量在選擇過程中與玉米性狀改良有關的候選基因。與玉米性狀改良有關的候選基因。實驗設計實驗設計研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)玉米重測序玉米重測序 玉米自交系的重測序數(shù)據(jù)與玉米自交系的重測序數(shù)據(jù)與玉米玉米B73的基因組序列進行的基因組序列進行比對，發(fā)現(xiàn)不同的自交系中比對，發(fā)現(xiàn)不同的自交系中存在不同數(shù)量的基因丟失與存在不同數(shù)量的基因丟失與獲得性變異（獲得性變異（PAVs）。）。材料選擇樣品數(shù)量30個以上物種內(nèi)亞群的劃分明確，且相同亞群的個體具有一定的代表性測序每個樣品全基因組重測序5X-10X標準信息分析SNP的檢測及注釋InDel的檢測及注釋SV的檢測及注釋高級信息分析連

10、鎖不平衡分析群體進化分析群體結構分析選擇分析等選擇有代表性品種重測序，能夠揭示物種在馴化過程中發(fā)生變化的機制，研究進化和馴化在基因組上留下的“痕跡”，重新找回因人工選擇而流失的優(yōu)秀基因。群體遺傳學分析群體遺傳學分析研究目的鑒定野生、栽培大豆的遺傳分化和選擇實驗設計研究材料：17野生大豆14株栽培大豆測序策略：illumina 每個個體5X左右研究成果1、發(fā)現(xiàn)了630多萬個SNP, 篩選出20多萬個tag SNP 。2、鑒定出18多萬個兩種大豆中獲得和缺失變異（PAVs）。3、鑒定了470個受選擇的區(qū)域，分布在大概5%的基因組范圍。4、發(fā)現(xiàn)大豆基因組存在較高程度的基因連鎖不平衡和較高比例的單核苷

11、酸非同義替換/同義替換比例。香港中文大學 華大基因大豆重測序Resequencing of 31 wild and cultivated soybean genomes identifies pattern of genetic diversity and selection.Nature genetics,2010,42(12):1053-1059材料選擇RIL、DH系等作圖群體子代個體在100個以上測序雙親10X以上重測序子代0.1-2X的全基因組重測序或芯片分型標準信息分析SNP的檢測及注釋InDel的檢測及注釋SV的檢測及注釋高級信息分析分子標記篩選子代基因分型遺傳圖譜構建和QTL分析

12、圖譜構建與家系連鎖分析。遺傳圖譜是QTL定位的基礎。對作圖群體進行低深度重測序或者SNP分型，可以構建高分辨率的遺傳圖譜，通過連鎖分析，進行QTL定位、進而輔助育種。研究目的通過全基因組重測序檢測得到SNPs進行基因分型實驗設計9311和日本晴構建的F11的150個RILs，每個RIL測0.02X數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)與2個親本基因組數(shù)據(jù)相對比，找出SNPs研究成果以SNPs構建了高精度的基因分型圖（bin map）。以bins 為markers 構建了全基因組高密度分子標記的連鎖圖譜。標記的平均密度為0.66cM。水稻重測序構建遺傳圖譜High-throughput genotyping by wh

13、ole-genome resequencing.Genome Research,2009,19:1068-1076全基因組關聯(lián)分析 通過對核心種質(zhì)資源進行重測序，結合物種LD信息，構建物種HapMap，獲得該物種大量Tag SNPs，應用Tag SNPs進行全基因組關聯(lián)分析（GWAS)，從而挖掘功能相關基因?；蚪M重測序開發(fā)新標記基因組重測序開發(fā)新標記 n無參考基因組物種無參考基因組物種 基因組基因組 de novo測序。測序。 簡化基因組簡化基因組 de novo測序開發(fā)測序開發(fā)SNP標記。標記。 SNP分型構建遺傳圖譜。分型構建遺傳圖譜。 基因組基因組已發(fā)表植物基因組物種信息已發(fā)表植物基因

14、組物種信息 已發(fā)表動物基因組物種信息已發(fā)表動物基因組物種信息 已發(fā)表動物基因組物種信息已發(fā)表動物基因組物種信息 基因表達研究進入數(shù)字時代基因表達研究進入數(shù)字時代數(shù)字基因表達譜數(shù)字基因表達譜DIGITAL GENE EXPRESSION PROFILLING數(shù)字基因表達譜數(shù)字基因表達譜DIGITAL GENE EXPRESSION PROFILLING數(shù)字基因表達譜數(shù)字基因表達譜DIGITAL GENE EXPRESSION PROFILLING實驗流程實驗流程數(shù)據(jù)分析流程數(shù)據(jù)分析流程n基本特點基本特點測量準確度高測量準確度高通量高通量高可重復性高可重復性高n獨特優(yōu)勢獨特優(yōu)勢無需重復實驗無需重復實驗檢測低豐度基因檢測低豐度基因檢測新轉(zhuǎn)錄本檢測新轉(zhuǎn)錄本檢測反義鏈轉(zhuǎn)錄本檢測反義鏈轉(zhuǎn)錄本數(shù)字基因表達譜數(shù)字基因表達譜DIGITAL GENE EXPRESSION PROFILLING數(shù)字基因表達譜基因芯片數(shù)字基因表達譜基因芯片檢測率達檢測率達98%(多少基因含多少基因含CATG位點位點)21bp Tag能唯一檢測多少基因能唯一檢測多少基因 轉(zhuǎn)錄組分析轉(zhuǎn)錄組分析RNA SeqcDNA文庫構建測序比對到參考序列RNA SeqRNA S