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植物检材溯源中基因组重测序与系统发育分析

刑事技术 2025年

作者：茹雅璐吴俊杰郝宏蕾吴微微张晓霞赵云鹏浙江大学生命科学学院植物系统进化与生物多样性实验室浙江省公安物证鉴定中心浙江省刑事科学技术应用研究重点实验室永康市公安局

本研究利用基因组重测序技术和系统发育分析方法推断现场遗留植物检材（本研究中为陈年桃树枝）的产地来源，为植物检材的鉴定和溯源检测提供新思路。首先，构建全国各地桃样本群体遗传信息库，然后对现场检材及其疑似来源地桃样本进行... 详细信息

本研究利用基因组重测序技术和系统发育分析方法推断现场遗留植物检材（本研究中为陈年桃树枝）的产地来源，为植物检材的鉴定和溯源检测提供新思路。首先，构建全国各地桃样本群体遗传信息库，然后对现场检材及其疑似来源地桃样本进行DNA提取、二代测序和基因组SNP位点检测，通过构建系统发育树鉴定个体间亲缘关系，推测其来源。结果显示本次实验中21份样本都成功建库测序，经筛选共得到9 938个SNP位点，系统发育分析揭示栽培桃树呈现一定程度的地理来源聚类，并推断案发现场遗留的植物检材为长江中下游常见栽培品种，更有可能来自浙江本地。综上所述，结合基因组重测序技术和系统发育分析方法可以从特征不明确、保存年份久的植物检材中获取信息，辅助亲缘关系鉴定和地理溯源。

关键词：法医植物学溯源基因组重测序系统发育分析桃

基于基因组重测序揭示栽培欧菱遗传多样性及‘南湖菱’的起源驯化历史

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生物多样性 2024年第9期32卷 1-12页

作者：姚祥坦张心怡陈阳袁晔程旺大王天瑞邱英雄嘉兴市农业科学研究院经济作物研究所浙江嘉兴314016 中国科学院武汉植物园植物多样性研究中心武汉430074 浙江大学生命科学学院杭州310058 宁波市农业科学研究院浙江宁波315040 嘉兴职业技术学院浙江嘉兴314036 中国科学院大学北京100049

阐明栽培作物的起源驯化历史,深入解析作物驯化改良的过程对于理解人类文明的进程至关重要。欧菱(Trapa natans)隶属于千屈菜科,为一年生水生浮叶草本,其果实俗称菱角,是我国传统的水生蔬菜作物。然而,相较于主粮作物,我们对栽培欧菱种... 详细信息

阐明栽培作物的起源驯化历史,深入解析作物驯化改良的过程对于理解人类文明的进程至关重要。欧菱(Trapa natans)隶属于千屈菜科,为一年生水生浮叶草本,其果实俗称菱角,是我国传统的水生蔬菜作物。然而,相较于主粮作物,我们对栽培欧菱种质资源的遗传多样性和起源驯化历史仍知之甚少。本研究基于31份不同品种(系)的二倍体栽培欧菱和23份二倍体野生欧菱的全基因组重测序(resequencing)数据,利用群体基因组学分析方法,对栽培欧菱的遗传多样性和我国特有的栽培品种‘南湖菱’的起源驯化历史进行研究。群体遗传结构与遗传分化的结果表明,野生欧菱和栽培欧菱分属不同的基因池,栽培欧菱起源于长江流域的二倍体野生欧菱。栽培欧菱遗传多样性水平整体低于野生欧菱(0.68×10^(-3)vs.1.35×10^(-3)),有效群体大小相比野生欧菱也急剧收缩(~4,000 vs.~7,700),表明栽培欧菱经历了驯化瓶颈作用。栽培欧菱中,‘南湖菱’的遗传多样性水平最低,连锁不平衡的衰减速度最慢,可能与其驯化程度高、选择强度大有关。基于FASTSIMCOAL2溯祖模拟的群体动态历史结果表明,‘南湖菱’、‘乌菱’与其他栽培欧菱均发生了基因交流事件,‘南湖菱’驯化发生在距今大约669年前,这与明代文学记载信息相吻合。综上所述,本研究通过探讨栽培欧菱的遗传多样性和‘南湖菱’的驯化历史,对深入理解栽培欧菱驯化起源过程及其遗传演化特征具有重要意义。

关键词：起源驯化菱角孤儿作物水生植物基因组重测序

基于基因组重测序的长江上游瓦氏黄颡鱼群体遗传结构

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生物多样性 2023年第4期31卷 138-147页

作者：熊飞刘红艳翟东东段辛斌田辉伍陈大庆江汉大学生命科学学院湖北省汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心武汉430056 江汉大学持久性有毒污染物环境与健康危害湖北省重点实验室武汉430056 中国水产科学研究院长江水产研究所武汉430223

利用基因组重测序的方法获取高通量SNP标记,分析了长江上游三峡大坝-白鹤滩大坝之间8个不同江段(太平溪、巴南、合川、岷江口、宜宾、邵女坪、桧溪、冯家坪)共136尾瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)的遗传多样性和遗传分化水平,阐明... 详细信息

利用基因组重测序的方法获取高通量SNP标记,分析了长江上游三峡大坝-白鹤滩大坝之间8个不同江段(太平溪、巴南、合川、岷江口、宜宾、邵女坪、桧溪、冯家坪)共136尾瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)的遗传多样性和遗传分化水平,阐明了长江上游瓦氏黄颡鱼群体遗传结构。结果显示:(1)三峡库区太平溪群体和巴南群体具有较高的SNP(single nucleotide polymorphism)数量和核苷酸多样性指数,遗传来源丰富,其遗传多样性高于其他群体;上游的岷江口、宜宾、邵女坪和冯家坪群体遗传来源单一。(2)瓦氏黄颡鱼存在3个不同的遗传分支,且不同遗传分支之间存在较大的遗传分化。(3)群体SNP数量和核苷酸多样性指数与河流坡降呈显著负相关,群体遗传分化指数与地理距离和隔离时间无显著相关性。研究结果表明,在三峡大坝-白鹤滩大坝江段,瓦氏黄颡鱼上游群体具有更低的遗传多样性,更易发生遗传漂变作用,在鱼类遗传多样性保护中需要特别关注;瓦氏黄颡鱼存在3种显著的遗传结构,应视为3个不同遗传单元进行种质资源管理。

关键词：瓦氏黄颡鱼长江上游遗传分化遗传多样性基因组重测序

基于名优谷子品种晋谷21全基因组重测序的分子标记开发

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作物学报 2018年第5期44卷 686-696页

作者：赵庆英张瑞娟王瑞良高建华韩渊怀杨致荣王兴春山西农业大学文理学院山西太谷030801 山西农业大学生命科学学院山西太谷030801 山西农业大学农业生物工程研究所山西太谷030801 杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室山西太谷030801

小米因其营养丰富日益受到重视,而小米的品质是民众选择小米时最为关注的指标。晋谷21米质优异,但由于缺少基因组信息,严重阻碍了其优异米质形成机制的研究。本研究利用高通量测序技术,对晋谷21全基因组进行重测序,获得了14.95 Gb高质... 详细信息

小米因其营养丰富日益受到重视,而小米的品质是民众选择小米时最为关注的指标。晋谷21米质优异,但由于缺少基因组信息,严重阻碍了其优异米质形成机制的研究。本研究利用高通量测序技术,对晋谷21全基因组进行重测序,获得了14.95 Gb高质量测序数据。进一步将其与豫谷1号参考基因组比较,发掘了169 037个In Del位点和1 167 555个SNP位点,其中长度在13~50 bp之间适于琼脂糖凝胶电泳检测的In Del位点为14 578个。选择其中1个SNP位点和68个In Del位点验证,表明利用二代测序技术开发的In Del和SNP标记真实可靠。基于名优谷子晋谷21重测序数据开发的In Del和SNP分子标记具有通用性,可用于其他谷子、狗尾草和谷莠子等种质资源的相关研究。同时,开发了一个晋谷21特异的In Del标记2G5501976,利用该标记即可快速鉴定待测材料是否为晋谷21及其衍生品种。本研究初步揭示了晋谷21的基因组特征,不仅为深入解析其优异米质形成的分子机制奠定了基础,而且为相关分子标记辅助育种、遗传分析和基因克隆提供了分子标记资源。

关键词：谷子晋谷21 InDel SNP 分子标记基因组重测序

基因组重测序基础上的早实枳与普通枳部分差异基因比较分析

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基因组重测序基础上的早实枳与普通枳部分差异基因比较分析

作者：王蒙召华中农业大学

学位级别：硕士

柑橘是世界范围内栽培最多的果树之一,其生长发育需要经过漫长的童期,极大地阻碍了柑橘早丰产的获取和遗传育种的研究。早实枳是普通枳的早花变异,两者之间除了开花习性不同外,其他特征几乎完全一样,前人的研究发现两者有相近的遗传背景... 详细信息

柑橘是世界范围内栽培最多的果树之一,其生长发育需要经过漫长的童期,极大地阻碍了柑橘早丰产的获取和遗传育种的研究。早实枳是普通枳的早花变异,两者之间除了开花习性不同外,其他特征几乎完全一样,前人的研究发现两者有相近的遗传背景,因此它也是研究柑橘成花发育的绝佳材料。本实验室对早实枳与普通枳进行了基因组重测序,参考克里曼丁橘全基因组数据库,通过生物信息学的方法对重测序数据进行了分析,得到了较多早实枳与普通枳存在差异的序列信息。本研究主要通过实验方法,采用PCR扩增和克隆测序对早实枳与普通枳之间的候选InDel进行验证,并对筛选出来的重点基因进行结构与功能分析。主要研究结果如下：1.对存在于CDS区域的InDel进行分级。以克里曼丁橘基因组为参考,共设计引物97对,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳、AT克隆测序的方法对InDel进行验证;2.共有83对引物在PAGE胶中有清晰的条带。其中有12对显示早实枳与普通枳条带之间有差异,占总结果的14.5%,反映出基因组重测序及分析准确率较低;有40对显示早实枳与普通枳无差异,但与克里曼丁橘之间有差异,占总结果的48.2%,说明了枳与橘之间客观存在的遗传差异,可为它们之间开发分子标记提供借鉴;3.通过AT克隆测序验证了12个早实枳与普通枳存在InDel的差异序列,基因编号为：Pt-21(未知基因)、Pt-35(PP2C型蛋白磷酸酶)、Pt-49(RHC2A型环指)、Pt-74(抗病蛋白)、Pt-75(抗病蛋白)、Pt-77(类RLP1受体基因)、Pt-81(甲基脂酶)、Pt-83(CCCH锌指家族)、Pt-84(NAD+,氧化还原酶)、Pt-86(MBD1,甲基化CpG结合域蛋白1)、Pt-87(未知基因)、Pt-88(未知基因)：4.对3个重点差异基因进行表达分析。3个基因分别命名为PtAGO5、PtRZF和PtCCCHZF,以春梢和夏梢自剪前、中、后期顶芽为材料,进行RT-PCR实验。发现PtRZF和PtCCCHZF在春梢和夏梢的自剪前、中、后期表达量逐渐上升,且在早实枳与普通枳中表达模式类似,表明这两个基因可能参与了柑橘成花转变过程PtAGO5基因在春梢中的表达模式与其他两个基因类似,但是在夏梢自剪过程中表现出了不一样的表达模式,可能与该基因的特异性功能有关;5.对3个重点差异基因进行转基因功能验证。分别以早实枳和普通枳为模板构建了6个超表达载体,并转化烟草观察其表型差异。现已得到分别来自早实枳和普通枳的PtAGO5基因的转基因烟草T0代植株,但是目前尚未观察到两者之间有明显的表型差异。其他2个基因已获得转基因愈伤组织。

关键词：枳基因组重测序 InDel 差异基因

基于全基因组重测序的山羊产羔数性状关键调控基因的筛选

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中国农业科学 2022年第23期55卷 4753-4768页

作者：李恒字向东王会熊燕吕明杰刘宇蒋旭东西南民族大学动物科学国家民委重点实验室西南民族大学青藏高原动物遗传资源保护与利用教育部重点实验室

【目的】对产羔数不同的山羊进行全基因组重测序分析，挖掘参与调控川中黑山羊产羔数性状关键调控基因，为解析山羊产羔数性状遗传机制及分子遗传改良提供理论依据。【方法】选择6只产4—6羔的川中黑山羊为高繁组（high fecundity,HF）... 详细信息

【目的】对产羔数不同的山羊进行全基因组重测序分析，挖掘参与调控川中黑山羊产羔数性状关键调控基因，为解析山羊产羔数性状遗传机制及分子遗传改良提供理论依据。【方法】选择6只产4—6羔的川中黑山羊为高繁组（high fecundity,HF）和6只产单羔的川中黑山羊为低繁组（low fecundity, LF），采集颈静脉血液样本提取基因组DNA，构建350 bp双末端测序文库，利用Illumina HiSeq PE150平台对12个文库进行全基因组重测序。测序产出的净数据经BWA软件比对至山羊参考基因组ARS1，所获得的高质量SNPs通过两种全基因组扫描分析方法（Fst、Hp）的综合分析确定候选区域，候选区域的注释基因分别利用g:Profiler和KOBAS在线数据库进行GO分析与KEGG通路分析，以筛选调节川中黑山羊产羔数性状候选基因。为了进一步鉴定调节山羊产羔数目的关键遗传标记，根据基因组重测序变异分析，对繁殖候选基因的同义与非同义SNPs进行定位筛选，后续将12个山羊样本的扩增产物进行Sanger测序以验证重测序结果。【结果】12只山羊共获得431.50Gb净数据，经变异检测与注释发现，HF组山羊共发现7 771 417个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNPs),LF组山羊检测到8 935 907个SNPs，且LF组各类SNPs均多于HF组。设置同时达到top 5%最大ZFst值和top 5%最小ZHp值的窗口为候选区域，在低杂合性、高遗传分化的区域共注释130个强选择信号，其中HF组、LF组以及共享窗口的注释基因分别为84、59和13个，经GO富集与KEGG通路分析发现，19个候选基因参与川中黑山羊的繁殖、繁殖过程和胚胎发育等调控，包括11个HF组特异性候选基因（ADCY10、DRD1、HS6ST1、IGFBP7、MSX2、NOG、NPHP4、PAPPA、PRLHR、TDRP和XYLT1）,5个LF组特异性候选基因（ANXA5、IGF1、EDNRA、FANCL和TAC1）和3个HF组与LF组共享窗口基因（AKR1B3、HDAC4和OPRM1）。同时，大多数GO分析，如G蛋白偶联受体活性、激素反应和神经肽信号通路等，都包含这19个候选基因。此外，14个HF候选基因有9个显著富集在代谢途径、神经活性配体-受体相互作用、糖胺聚糖-硫酸乙酰肝素/肝素的生物合成、钙离子信号通路、cAMP信号通路和叶酸生物合成等KEGG通路中（P基因中共有2个同义突变（MSX2 G771T,ADCY10 A4662G）与2个非同义突变（PRLHR G529A,DRD1 A281T），且仅定位于HF候选基因中。Sanger测序发现，MSX2、PRLHR和DRD1突变位点均可检测到多态性，与基因组重测序结果一致，其中PRLHR G529A多态性导致第177位丙氨酸突变为苏氨酸，DRD1 A281T多态性导致翻译提前终止。【结论】本研究共发现11个HF组特异性候选基因，推测是川中黑山羊多羔性状的关键调控基因，PRLHR外显子G529A与DRD1外显子A281T突变可能是调控山羊多羔性状的关键遗传标记，在改良山羊繁殖性能方面具有较大的应用价值。

关键词：川中黑山羊基因组重测序多羔性状候选基因

基于大豆基因组重测序的InDel标记开发及应用

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植物遗传资源学报 2021年第3期22卷 815-833页

作者：陈正杰宛永璐钟文娟陈四维周永航石盛佳蒋理戢沛城杨泽湖毛正轩牟方生四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所成都610300

大豆是我国重要的粮油作物,其中菜用大豆是营养丰富的蔬菜作物。然而,大豆中便于应用的分子标记较少。本研究选取18份大豆种质资源进行全基因组重测序分析,以此数据挖掘InDel位点,根据这些InDel位点开发分子标记,并验证这些InDel标记的... 详细信息

大豆是我国重要的粮油作物,其中菜用大豆是营养丰富的蔬菜作物。然而,大豆中便于应用的分子标记较少。本研究选取18份大豆种质资源进行全基因组重测序分析,以此数据挖掘InDel位点,根据这些InDel位点开发分子标记,并验证这些InDel标记的有效性和应用价值。经过严格筛选,获得17,977个插入/缺失为13~50 bp适合琼脂糖凝胶电泳检测的高多态性InDel位点,每条染色体上分布505~1355个,平均分布密度为12.60~35.76个/Mb。随机挑选73个InDel标记在18份大豆中验证其有效性,结果 43个具有多态性,多态性率为56.16%。利用25个多态性InDel标记对192份大豆种质资源(包含64份菜用大豆、65份春大豆、36份夏大豆、19份地方品种、8份野生大豆)进行遗传多样性分析,每个标记的信息多样性值PIC在0.17~0.46之间,平均为0.35。通过聚类分析,192份大豆被划分成24个亚群,成功将不同类型大豆划分到不同亚群。其中菜用大豆主要划分到第3#亚群,相似系数为0.66;少许划分到第1#亚群,相似系数为0.71。上述结果表明我国菜用大豆遗传背景较窄,今后菜用大豆杂交育种中应选择相似系数小的材料作为亲本以丰富遗传背景。另外,将这25个InDel标记用于13个杂交组合的F1真实性鉴定,结果与F1表型鉴定吻合,表明开发的InDel标记能有效鉴定不同杂交组合F1真实性。本研究所开发的多态性InDel标记在大豆遗传多样性分析、杂交种纯度鉴定、遗传连锁图谱构建、基因定位和分子标记辅助选择育种等方面具有很好的应用前景。

关键词：大豆基因组重测序 InDel标记遗传多样性分析 F1代真实性鉴定

基于基因组重测序的高含量油酸转基因大豆T-DNA旁侧序列分析及事件特异性PCR检测

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农业生物技术学报 2018年第12期26卷 2017-2026页

作者：仲晓芳杨静贺红利牛陆邢国杰杨向东吉林省农业科学院农业生物技术研究所/吉林省农业生物技术重点实验室

基于外源T-DNA与植物基因组的连接区域的特异性建立的特异性检测方法,具有非常高的特异性和准确性,是实现对该转基因事件及其衍生品种的有效监督管理、保障转基因产业健康发展的重要技术手段。本研究前期利用反义RNA和RNAi技术,获得2个... 详细信息

基于外源T-DNA与植物基因组的连接区域的特异性建立的特异性检测方法,具有非常高的特异性和准确性,是实现对该转基因事件及其衍生品种的有效监督管理、保障转基因产业健康发展的重要技术手段。本研究前期利用反义RNA和RNAi技术,获得2个油酸含量达78%以上的高油酸转基因大豆(Glycine max)事件。由于T-DNA携带大豆内源基因,旁侧序列不易分析,且为进一步推进上述转化事件的安全评价及应用,本研究基于基因组重测序技术并结合PCR,分析上述2个转基因大豆事件外源TDNA整合位点旁侧序列。Southern杂交结果显示,2个高油酸转基因大豆事件E2D9050和EB8072外源T-DNA插入拷贝数分别为1个和2个。采用BWA-Burrows-Wheeler Alignment tool (http://***/)方法,将基因组重测序分析获得的转基因事件序列信息与参考大豆基因组进行对比。结果表明,转基因大豆事件E2D9050整合位点为Chr04号染色体的51410941位点,整合方式为反向单拷贝插入;EB8072整合位点为大豆基因组Chr19染色体38147218位点,整合方式为单位点双拷贝反向插入,两个拷贝的右边界相接。结合PCR扩增,分别获得E2D9050和EB8072转基因事件整合位点的左、右边界旁侧序列。依据其序列特征,建立了转基因大豆事件两个转化体特异性检测方法,检测灵敏度为0.1%,为上述2个高油酸转基因大豆事件及其衍生产品特异性检测提供依据。

关键词：高油酸转基因大豆基因组重测序旁侧序列事件特异性PCR 灵敏度

基于全基因组重测序挖掘大白-长白二元母猪产仔数性状候选基因

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广东农业科学 2023年第3期50卷 120-128页

作者：屈子啸杨帅朋朱向星唐冬生佛山科学技术学院生命科学与工程学院/广东省动物分子设计育种与精准育种重点实验室广东佛山528000

【目的】产仔数是种用母猪的重要经济指标,挖掘调控母猪产仔数性状相关的候选基因,探索调控二元母猪为代表的商品猪繁殖力遗传机制,为进一步应用分子选育奠定基础。【方法】采用全基因组重测序对极端高产与极端低产的两组大长二元母猪... 详细信息

【目的】产仔数是种用母猪的重要经济指标,挖掘调控母猪产仔数性状相关的候选基因,探索调控二元母猪为代表的商品猪繁殖力遗传机制,为进一步应用分子选育奠定基础。【方法】采用全基因组重测序对极端高产与极端低产的两组大长二元母猪进行比较分析,并利用选择消除分析方法取F_(st)和θ_(π)信号交集为高选择区域,进行基因注释和候选基因筛选。【结果】在两组样本中共发现8040367个SNP,50.6%的SNP位于基因间区域,45.2%的SNP位于内含子区域,在外显子区域、非编码区3’端、5’端的SNP分别仅占1.0%、1.1%、0.6%,其中位于基因组外显子区域的SNP中,有28879个为非同义变异,占比35.0%。提取位于外显子区域、内含子区域、非编码区3’端和5’端的SNP位点进行基因注释,共筛选到两组样本间的差异基因有1136个。对差异基因进行KEGG与GO富集分析,筛选得到可能影响生殖性能和产仔数性状相关的候选基因共10个,包括EPHA4、SMAD7、GLI2、LRP1B、WT1、BAX、BCAT2、IL1B、FAF1,基因功能主要涉及胚胎发育、细胞凋亡等。【结论】大长二元母猪在产仔数性状上经历了显著的人工选择,初步挖掘出影响二元母猪产仔数性状的候选基因,这些基因在猪繁殖性能相关的生理活动中发挥作用,主要在母猪卵细胞成熟凋亡时期及妊娠初期参与调控。

关键词：大白-长白二元母猪产仔数基因组重测序候选基因遗传选育

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