首页 > 分享 > 园艺作物基因组测序的研究进展.doc

园艺作物基因组测序的研究进展.doc

花匠小妙招
2024-09-16 04:22

园艺作物基因组测序的研究进展

园艺作物基因组测序的研究进展　　摘要：回顾了园艺作物全基因组测序的发展历程，介绍3代测序技术的特点和应用现状。总结了葡萄、番木瓜、草莓等果树，黄瓜、白菜、番茄等蔬菜以及莲、康乃馨等花卉在内的25种园艺作物基因组测序简况。重点介绍了全基因组测序在基因注释、比较基因组学研究、重测序、全基因组关联分析、转录组学、SNP芯片开发等方面的应用。最后讨论了全基因测序研究的难点和今后的研究方向。　　关键词：园艺作物；基因组测序；基因组学　　中图分类号： Q78文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）02-0009-04 　　园艺业是农业种植业的重要组成部分，对丰富人类营养和美化、改善人类生存环境有重要意义。我国是世界园艺大国，园艺是我国农业的重要组成部分，其中蔬菜播种面积由1990年的600万hm2增加到2013年的2 100万hm2，产量由1990年的1.95亿t增加到2013年的7.35亿t[1]。种植面积和产量分别占世界的43%和49%，居世界第一位。随着动植物全基因组测序的不断发展，2001年由美国能源部推动的人类基因组工作草图的发表被认为是人类基因组计划成功的里程碑[2]。破译人类遗传信息，将对医学、生物学乃至整个生物科学产生不可估量的影响。这一计划促成了大批动植物全基因测序的完成，也有望从基因组水平上分析基因的结构、组成、调控和物种进化，从而避免传统分子生物学带来的种种弊端，大大促进全基因组测序技术在园艺作物上的应用发展。　　1全基因测序的发展历程及其在园艺植物测序中的应用　　距世界第一例模式植物拟南芥全基因组测序发表已有十余年[3]，在此期间测序技术飞速发展，每年发表的测序文章都稳定增加。拟南芥的测序就是基于第一代测序技术Sanger测序完成的，运用了链终止和断裂技术。第一代测序技术已经规模化，且具有测序读长较长、测序准确率高等特点，但是由于其时间长、成本高、通量低等缺点而无法满足现在实验需求。　　2004年，美国国家人类基因组研究所（NHGRI）发起了一项融资计划[4]，目标是在未来10年将人类基因组测序的费用减少到1 000美元，这刺激了商业化的新一代测序（next generation sequencing，NGS）技术的快读萌芽。第二代测序技术大幅提升基因组测序的输出与成本比，相较第一代测序技术涵盖范围更加广泛，可以同时测定多个平行DNA片段，从而输出更多测序阅读量，但一般长度较短、质量低。第一个NGS技术是罗氏公司（Roche）公司的454焦磷酸测序法[5]，Solexa和Illumina测序平台在1年后也进行商业化应用。第二代测序技术具有成本低、单次数据量大、消耗时间短等特点，故又被称为第二代高通量测序技术，并渐渐成为大规模全基因组测序技术的主导。　　Roche 454测序平台是基于焦磷酸测序，由于低数据率和相对较短的读取，最初适用于细菌基因组测序，随后技术改进，利用Roche 454与Sanger测序结合起来运用于更复杂的基因组测序，完成苹果基因组测序[6]，取代Sanger测序作为主要数据源完成可可基因组[7]和甜瓜[8]基因组测序。Illumina 公司提供的Solexa系统比Roche 454系统数据产出量多且花费较少的费用。自推出以来，读取长度获得明显改善，并成功运用到黄瓜的测序工作中[9]。　　野生草莓[10]作为第一个采用Roche 454、Illumina、SOLiDTM三大平台共同完成测序的植物，标志着测序技术向多平台合作而不是独立运行的模式发展。近几年来，Illumina测序成为第二代测序平台的主导，截至2014年11月，已为多种园艺作物如中国白菜[11]、马铃薯[12]、香蕉[13]、橙[14]和西瓜[15]基因组测序（表1）。　　近年来，新一代测序平台已经出现并被称为“第三代测序技术”，与第二代测序方法相比有着进一步模式转变，有2个突出特点，一是测序前不再需要PCR扩增，二是荧光或电流信号都可以在互补链加核苷酸的酶反应中被检测到。2种测序平台现在已经投入商业化运营，分别是Pacific Biosciences公司的PacBio RS平台（http：//www. Pacificbio scie ）和Ion Torrent 公司的Personal Genome平台（Life Technologies，http：//www.iontorren ）。PacBio测序平台使用实时零模式波导检测单个DNA聚合酶的活性[31]，大规模并行单分子实时（SMRT）测序保证了高通量测序。其突出特点是序列读长，经报道其单程长读取对的准确率为84.2%～97.8%[32]，相较于第二代测序技术，第三代测序技术可以读取更长序列、提高测序通量、节省试剂成本，但