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想飞的fish

新虫 (小有名气)

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专业: 病原细菌与放线菌生物学

[交流] 动植物Optical mapping研究应用（二）已有1人参与

基因组光学图谱技术的应用
   基因组光学图谱是利用光学成像方法, 不依赖于测序技术、快速生成全基因组限制性内切酶酶切位点图谱的新技术。光学图谱技术操作流程直观
、高效, 提供了从菌株或混合样品中了解细菌、酵母或真菌基因组结构的方法。国内外的研究人员在不需扩增、PCR 反应、构建克隆或末端配对文库、纯化培养或特异性基因组纯化试剂等前提下, 己利用基因组光学图谱技术对微生物基因组的结构、功能、多样性以及遗传学特性等进行众多的研究。
在光学图谱分析软件的辅助下,研究人员可利用基因组光学图谱进行如下应用: 通过与参照菌株基因组光学图谱的比对可进行菌株鉴定; 通过对基因组光学图谱的比对快速揭示基因组间的相似和差异性; 通过基因组光学图谱的比对找出基因组上的插入、缺失、遗传修饰和致病基因岛等移动元原件; 通过对基因组光学图谱的比对, 鉴定、找到染色体上in ve rs io n 、tran sl oc ati on 等测序方法不易鉴别的结构变化; 还可将微生物测序数据以基因组光学图谱为参照, 进行快速、准确的排序, 完成全基因组测序结果的拼接以及对以往基因组测序结果进行完善和验证; 现今, 通过大基因组软件基因组光学图谱也可用来辅助高等动植物等大基因组的高通量测序结果拼接及验证。
一，完成山羊基因组图谱
山羊项目：2012；Nature  Biotechnology
基因组大小：2.5GB，N90 长度583Kb，含有6%的N
   山羊基因组测序对于遗传标记辅助育种、改善山羊的经济性状具有重要作用，于是科研人员通过整合使用新一代测序（NGS）技术和最新DNA单分子光学作图技术，克服NGS短读支架的局限，生成长超级支架，完成装配达到近染色体水平，成为首个不依赖于遗传图谱而组装到染色体水平的大型基因组。同时，通过微量核糖核酸（RNA）转录组技术，该研究还首次全面揭示了山羊绒囊、毛囊在转录层面的差异，鉴定了50多个与山羊绒形成密切相关的基因，为提高绒品质和我国特有资源绒山羊的选育提供了参考基因资源。
二，完成梅花基因组图谱
梅花：2012，Nature Communication
基因组大小约250MB，N90为86kb，含有7%的N。
      研究人员采用Illumina的Genome Analyser (GA) II，完成了梅花基因组测序，这一基因组大小为280M，除了基因组序列以外，研究人员还获得了相关光学图谱数据（optical mapping）。
      通过解析基因组数据，研究人员还根据限制性酶切位点相关DNA测序结果，将其中83.9%的数据定位在8条染色体上。同时将梅花机制与目前已有数据进行比对，研究人员成功重建了蔷薇科9条原始染色体，这将有助于了解蔷薇科三个主要亚科中染色体融合，分开和复制的进化历史。
除此之外，研究人员还完成了不同组织转录组的测序，从全基因组的角度分析梅花的特性，比如其休眠状态后的早期苏醒开花，对抗细菌感染的免疫应答，以及花香的生物合成过程。
      这些基因组数据将有助于深入了解蔷薇科植物的进化历程，并且为改良果树性状提供重要资料。
三，无油樟基因组图谱
无油樟：2012，Science
      在该项研究中，研究人员首先利用罗氏454、Illumina对无油樟进行了基因组测序。接下来为了尽可能高的提升序列拼接质量，以及最大限度的减少缺口，研究人员采用了OpGen公司的全基因组图谱技术（Whole Genome Mapping, WGM）来进行测序序列拼接。借助OpGen的Genome-Builder™组件，DNA单分子酶切图谱被结合到测序得到的骨架上，从而拼接出更大的超级骨架，最终将基因组Scaffold N50和N90分别提高了2倍和2.4倍，最大的骨架达到23Mb。而且，OpGen全基因组图谱的拼接结果得到了FISH以及454 paired-end数据的验证。此外，研究人员还对无油樟进行了全基因组图谱的de novo拼接，并利用de novo拼接结果对NGS测序拼接结果来进行校正。
      更为重要的是，该研究还将OpGen全基因组图谱技术的拼接数据与BAC-end sequence的拼接数据进行了比较。结果显示，无论是N50、N90还是骨架数量，OpGen全基因组图谱技术都要优于后者。文章中指出：“这些结果显示，OpGen的GenomeBuilder™完全能够取代BAC-end sequence的拼接方法。”“本研究所展示的与全基因组图谱技术相结合的序列拼接策略，被证明是一种成功的基因组研究策略，即使是面对比无油樟具有更加复杂重复结构的基因组也完全能够胜任。”
四，灵芝基因组图谱
灵芝：2012，Nature Communications
基因组大小约43.3Mb，由13 条染色体组成, 编码16, 113个预测基因
      研究人员利用新一代测序和光学绘制（optical mapping ）方法对单倍体核细胞的灵芝菌株260125-1进行了全基因组测序和组装，获得了灵芝的全基因组图谱，组装得到的基因组大小约43.3Mb，预期编码了 16,113个基因。序列分析揭示了一连串令人印象深刻的基因，这些基因编码了细胞色素P450s (CYPs)、转运蛋白和调节蛋白等协同参与次级代谢的蛋白质。该基因组还编码了在所有测序担子菌中最丰富的一套木材降解相关酶（wood degradation enzyme）。总共鉴别出了24个CYP基因簇。此外，发现了78个与羊毛固醇合酶共表达的CYP基因，16个CYP显示与可特异羟化睾酮（testosterone）的真菌CYPs具有高度相似性，表明它们可能在三萜系化合物生物合成中发挥了作用。

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