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专业背景:计算机科学 研究方向与兴趣: JavaEE-Web软件开发, 生物信息学, 数据挖掘与机器学习, 智能信息系统 目前工作: 基因组, 转录组, NGS高通量数据分析, 生物数据挖掘, 植物系统发育和比较进化基因组学

植物群体基因组进化  

2018-01-25 11:57:16|  分类: 遗传与基因组学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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生命现象的最基本性质是其可随时间进程而动态变化。一个生命个体会随着时间而出现、成长、成熟、生殖后代、衰老和死亡,这个过程叫个体发育(ontology)过程;对于无数具有某种共同特征的个体,称之为类群,类群的单位可以是物种、属、科或更高的生物分类单位。植物界的演化就是植物界各类群的发生和发展。就植物界而言,存在着最早出现的菌藻类和后来发生的苔藓类、蕨类和种子植物等不同的重大演化级别。一个演化级别向另一个演化级别的跃变需要数以亿年的历史。  

群体遗传学是研究群体的遗传结构及其变化规律的学科。进化是群体遗传组成发生变化的过程。可遗传的变异是生物进化的原始材料,可遗传的变异主要来自基因突变、基因重组和染色体变异。在生物进化理论中,常将基因突变和染色体变异统称为突变。种群中产生的变异是不定向的,经过长期的自然选择,其中的不利变异被不断淘汰,有利变异则逐渐积累,从而使种群的基因频率发生定向的改变,导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。

根据生物进化研究的尺度,可以将进化区分为微观进化和宏观进化。微观进化是研究一个种群内等位基因频率的小规模改变,其中导致这种改变的原因包括突变、自然选择、基因迁移、遗传漂变和非随机杂交等。分子进化研究是微观进化领域一个比较成熟的领域。宏观进化是研究物种水平上的改变,侧重于观察大的时间尺度下的生物性状变异,通常在人的视野范围内可以被观测到,主要研究一般集中在物种形成和物种表型变化。

 植物群体基因组

群体基因组学是群体遗传学一种新的表现形式,它的狭义概念是将基因组概念和技术与群体遗传学理论体系相结合,通过覆盖全基因组范围内的多态位点的分布式样推测位点特异性效应(选择、突变、选型交 配及重组等)和全基因组效应(遗传漂移、迁徙及近亲繁殖),从而提升人们对微进化的理解 ; 广义的群体基因组学概念 是 通过对全基因组高覆盖度的多态位点同时进行研究, 从而更好地理解在进化过程中影响基因组和种群变异的因素,如突变、遗传漂移、基因流及自然选择等所扮演的角色。群体基因组学不仅极大提升了推断群体进化历史动态的能力,也提供了一种研究群体内及群体间的个体在基因组水平上的多样性概貌及等位基因多样性差异的手段。

随着越来越多植物基因组完成全基因组测序和草图绘制, 同时以模式物种为起点的重测序陆续展开,使得从真正基因组水平鉴定群体的遗传多样性变为现实。基于高通量测序技术,针对植物不同的品种/品系,可利用全基因组重测序、简化基因组测序、转录组测序、SNP基因芯片等方法,获得大量变异信息,研究植物群体中的基因频率和基因型频率,讨论群体的遗传结构、遗传平衡和影响群体遗传平衡的因素,从而从分子层面揭示该物种的进化机制、环境适应性等系列问题。

 研究策略

核酸样本要求: 样本总量≥3ug,样本浓度50ng/ul,无降解、无污染;

群体大小: 每个亚群选取样本量最好≥15个;

基因组测序深度: ≥5X/个体,组装样本>30X;

数据分析:

变异检测、群体进化树分析(Phylogeny tree)、群体结构分析(Structure)、群体主成分分析(PCA)、选择分析、连锁不平衡分析、有效群体大小预测等。

各高通量技术对比表

植物群体基因组进化 - 云之南 - 云之南


研究背景:

海藻在海洋生态系统具有至关重要的作用,而且还拥有巨大的经济价值。海带是褐藻中较为高等并具有初步组织分化的大型藻类,它富含褐藻胶和碘质,可以食用并可用于提取碘、褐藻胶、甘露醇等工业原料。中国的海带栽培面积和产量占世界总量的90%以上,直接和间接产值超过百亿元。但是由于海带品种的生物多样性水平低、遗传基础狭窄、种质和基因资源较为匮乏,导致我国乃至世界海带育种难以取得突破性的进展。本研究旨在对海带的基因组信息进行探究,比较分析海带野生种和栽培种的群体多样性,以期为海带的基因组研究和产量等经济性状研究提供参考依据。

材料和方法:

17种海带品系材料,采集自中国、日本、俄罗斯和德国的8种栽培材料及9种野生材料

海带雌配子体、孢子体

基因组de novo测序(二代+三代),基因组重测序、转录组测序

数据分析:

基因组组装、转座子分类鉴定、基因预测与功能注释、基因家族和系统进化分析、关键代谢通路基因家族分析、变异检测、群体结构分析

研究结果:

海带基因组大小545 Mb ,组装了537Mb,组装覆盖率98.5%,预测注释了18,733个蛋白编码基因;甘露糖醛酸C-5差向异构酶和加卤酶的功能多样化揭示了碘代谢、多糖合成的进化适应性;基因组重测序结果表明,野生材料比栽培材料具有更丰富的遗传多样性,栽培群体中平均识别了约0.94M SNVs和96K的小INDELs,野生群体中平均识别了约2.27M SNVs和274K的小INDELs;栽培海带和野生海带存在不同程度的基因交流,但中国栽培海带主要来源于日本的同一个地理群体,栽培品系由于频繁自交已经呈现明显的退化状态。
野生和栽培海带群体基因组学分析

  参考文献  Ye N, Zhang X, Miao M, et al. Saccharina genomes provide novel insight into kelp biology.[J]. Nature Communications, 2015, 6.

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