开网站建设公司,做好网站优化的方法有哪些?,四平网站制作,江苏网站备案要求叶绿体普遍存在于植物体中#xff0c;叶绿体基因组是一个典型的双链环状DNA分子#xff0c;一个植物当中含有多个叶绿体#xff0c;一个叶绿体中含有12个cpDNA分子。
常见的植物叶绿体基因组大小一般在150-160 kb左右#xff0c;藻类会略小一些#xff0c;在80-100 kb左右…叶绿体普遍存在于植物体中叶绿体基因组是一个典型的双链环状DNA分子一个植物当中含有多个叶绿体一个叶绿体中含有12个cpDNA分子。
常见的植物叶绿体基因组大小一般在150-160 kb左右藻类会略小一些在80-100 kb左右一般由四部分组成包括一个LSC和一个SSC以及二者之间的两个IR区。随着高通量测序技术的快速发展利用叶绿体来研究细胞器的起源、结构、进化正受到越来越广泛的关注。 图1 具有代表性的金腰属叶绿体基因组图谱[1]
凌恩生物负责对每一个样本的叶绿体DNAcpDNA进行富集及抽提有自主研发的细胞器提取技术提取经验丰富。有专业团队负责跟进每一个项目从细胞器DNA制备、Hiseq建库及测序、后续生物信息分析直至为客户提供满意的结果。
本期主要介绍叶绿体基因组的一些高级分析内容。
1、共线性分析
共线性是指遗传学中的基因连锁关系是不同物种染色体上同源基因以相同顺序排列的现象。两个物种之间的共线性程度可以作为衡量他们之间进化距离的尺度可以知道物种间的亲缘关系。对基因组间的局部共线性块进行相似度、重排、倒置等现象的分析可以来阐述物种演化中发生的事件。 图2 叶绿体基因组mVista共线性分析
2、系统进化树分析
系统发育树Phylogenetic tree又称为系统进化树是用一种类似树状分支的图形来概括各物种之间的亲缘关系可用来描述物种之间的进化关系。通过系统进化树分析可以找出不同物种间的进化关系理解祖先序列与其后代之间的关系同时也可以估算一组共有共同祖先的物种间的分歧时间。
细胞器基因组非常保守常用来构建系统发育进化树来研究动植物的物种分类和进化地位。凌恩生物构建细胞器系统发生树的方法有以下两种
1基于样品与参考基因组的群体SNP矩阵构建进化树对于每一个样本按照相同顺序将所有SNP相连获得相同长度的fasta格式的序列其中一个为参考序列作为输入文件用于进化树构建。
2基于Core基因构建进化树对细胞器基因组鉴定出来的单拷贝Core基因利用MUSCLE v3.8.31软件进行蛋白多序列的比对比对结果用于进化树构建。 图3 基于cpPCGsnrDNA矩阵的金腰属系统发育树[1]
3、选择压力分析
选择压力是指外界施加给某物种生物进化过程中的压力使得物种适应自然环境。在遗传学中ω Ka/Ks或者dN/dS表示的是非同义突变Ka和同义突变Ks之间的比率。一般认为同义突变不受自然选择而非同义突变则受到自然选择作用。通常认为ω 1表明有正选择Positive Selection效应即有些有利突变正受到选择ω 1不受选择即中性进化Neutral Evolution如果0 ω 1则认为有纯化选择Negative or Purifying Selection作用ω值越小说明受到的负选择压越大氨基酸序列越保守。 图4 金腰属的选择压力分析[1]
4、叶绿体基因组的IR区扩张与收缩
叶绿体基因组IR区指的是叶绿体基因组中2个反向重复区域IRs。叶绿体基因组的IR区域被认为是最保守的区域但其边界区序列可能会向外延伸扩张也可能向内部收缩从而导致相关基因拷贝数的变化或者导致边界区域假基因的产生这是叶绿体基因组进化中的共有现象也是其长度变异的主因。
通过IR区的扩张与收缩研究可以获悉导致相关基因拷贝数的变化或者导致边界区域假基因的产生以此来描述造成不同谱系间叶绿体基因组大小差异的原因。 图5 IR区的扩张与收缩[2]
5、结构变异检测
细胞器基因组进行结构变异检测主要有三种SNP、InDel和SV。与参考基因组比对分析近源物种细胞器基因组之间的变异情况能够更好的对个体或群体进行差异性分析。
SNP单核苷酸多态性是指由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。在基因组DNA中任何碱基均有可能发生变异因此SNP既有可能在编码基因内也有可能在非编码序列上位于编码区内的SNPcoding SNPcSNP因其可能影响个体的功能而备受关注。
InDel是DNA序列的插入Insertion和缺失Deletion现象的总称狭义的InDel表示1~10bp的短InDel。在基因组编码区域InDel的发生可能会引起移码突变、氨基酸改变、假基因的出现等等现象。这里分析的是狭义的InDel。
基因组结构变异SVStructural Variation通常是指基因组内DNA片段缺失、插入、重复、倒位、异位。使用MUMmer软件对目标基因组和参考基因组进行比对再使用LASTZ对区域间进行比对从区域比对结果中查找SV。 图6 全基因组结构变异类型配对图
6、核苷酸多态性Pi分析
核苷酸多态性Pi是衡量特定群体多态性高低的参数是指在同一群体中随机挑选的两条DNA序列在各个核首酸位点上核昔酸差异的均值。核苷酸多态性Pi能揭示不同物种核酸序列的变异大小变异度较高的区域可以为种群遗传学提供潜在的分子标记。例基因和基因间区的核苷酸多样性分析。 图7 44个金腰属物种cp基因组的核苷酸多样性Pi分析[1]
7、共有基因和特有基因分析
所有样本中都存在的同源基因称为“共有基因”core gene去掉共有基因后得到的为非共有基因Dispensable gene特有基因specific gene为只有该样本特异拥有的基因。共有基因和特有基因很有可能与样品的共性和特性相对应可以作为样本间功能差异的研究依据。 图8 Core-Pan基因稀释曲线 图9 基因组的共有/特有基因数
8、密码子偏好性分析
某一特定密码子在编码对应氨基酸的同义密码子中的相对概率可以反应密码子的偏好性程度。通过计算Relative synonymous codon usageRSCU获得密码子的偏好性值。研究密码子的使用模式对于探明物种进化压力以及进一步的遗传研究都有重要的意义。 图10 乌头属物种密码子偏好性分析[3]
9、简单重复序列SSR分析
简单重复序列simple sequence repeat, SSR又称作微卫星序列microsatellite, MS是一类由1-6个核苷酸为基本单位多次重复而形成的DNA片段。SSR数量丰富、多态性高、均匀覆盖整个基因组、呈共显性遗传且检测简单因此被作为第二代分子标记广泛应用于遗传图谱构建、目标基因定位、遗传多样性研究、分子辅助育种、种质资源鉴定等领域。 图11 姜科植物叶绿体基因组的简单序列重复序列SSR分析[3]
10、重复序列分析
重复序列被认为在基因组重组和重排中起重要作用并且在某些群体中也包含有系统发育信息。叶绿体基因组的重复序列包括串联和散在重复其中散在重复又称为长重复序列分为正向重复forward repeat、反向重复reverse repeat、回文重复palindromic repeat和互补重复complement repeat四种类型。 图12 长重复序列分类图
参考文献
[1] A Comprehensive Analysis of Chloroplast Genome Provides New Insights into the Evolution of the Genus Chrysosplenium. International Journal of Molecular Sciences, 2023.
[2] Complete chloroplast genomes provide insights into evolution and phylogeny of Zingiber (Zingiberaceae). BMC Genomics, 2023.
[3] Comparative Analysis of the Chloroplast Genome for Aconitum Species: Genome Structure and Phylogenetic Relationships. Frontiers in Genetics, 2022.
