一．叶绿体DNA（cpDNA）研究与植物系统学
1. 分子系统学研究中常用的标记
分子生物学技术的发展为植物育种提供了一种基于DNA变异的新型遗传标记——DNA分子标记，或简称分子标记。与传统应用的常规遗传标记相比，分子标记具有许多明显的优点，因而已被广泛应用于现代作物遗传育种研究的各个方面，大量以前无法进行的研究目前利用分子标记手段正蓬勃开展，并取得丰硕的成果。尤其是当分子标记技术走出实验室与常规育种紧密结合后，正在为植物的系统学研究带来一场新的变革。
目前用于植物系统进化、遗传多样性以及植物地理学研究的分子标记和方法有多种。总体来看可以分为4类，即:（1）蛋白质标记；（2）DNA序列分析；（3）DNA指纹分析；（4）DNA构象变化与SSCP 分析[1]。
DNA序列可以直接反映物种的基因型，并记录进化过程中发生的每一个变化，含有极为丰富的进化信息。依据DNA序列上的差异来比较植物的亲缘和演化关系，可以为植物系统与进化研究提供最直接的证据。当前用于研究的DNA序列主要分为两大类:叶绿体基因组（Chloroplast DNA，cpDNA）和核基因组（nuclear DNA，nDNA）本文采用的是叶绿体DNA（cpDNA）序列分析，故在此主要接介绍cpDNA序列分析。
2.cpDNA
叶绿体基因组（cpDNA）占植物总基因组DNA的10-20%，为双链
闭环结构，一般为120-220kb（多在120-160kb之间），被2个长约22-25kb的反向重复序列（IR）分成大拷贝区（LSc）和小两个单拷贝区（SSC）。
在过去二十年里，.植物系统学家们依据叶绿体DNA序列进行了大量的系统发育分析[2]。因为cpDNA具有一下优势：第一，叶绿体基因组在植物细胞中虽为多拷贝，但其序列都是一样的，便于操作[3];第二，叶绿体基因组是单亲遗传的，不存在核基因中出现的基因重组等问题；第三，由于叶绿体基因组序列的保守性，扩增叶绿体片段的引物是通用的；第四，非编码区的叶绿体DNA具有更多的信息位点，且测序的工作量不大，更适合于低等级类群的系统发育研究。尽管叶绿体基因在系统发育研究中有众多优点，但仍然存在不少缺点限制其使用[4]首先，相对缓慢的进化速率使得叶绿体基因序列在系统发育研究应用中局限于较高等级的类群；其次，由于是单亲遗传（在被子植物中是母系遗传），叶绿体DNA序列只能够推断杂交物种形成中的母系来源，比较适合于低等级类群的系统发育研究。如Araujol等（2003）利用2个叶绿体片段研究柑橘亚科12个属的系统进化关系[5]。Makarevitch等〔2003）使用cpDNA（trnL和trnL-trnF基因间隔区）和RAPDs对22种俄罗斯莺尾进行研究，认为其中16个种来自亚属Subgen.Limniris下亚组sect.Limniri[6]。
目前常用的片段有两种类型，即叶绿体基因的编码区和非编码区。由于进化速率不同，两种片段分别用于解决不同的系统学问题。
2.1.cpDNA编码区基因
1）rbcL
rbeL基因编码1，5—二磷酸核酮羧化酶/氧化酶大亚基，该酶催化光合作用中CO2的固定，由于该酶的重要性使成为研究的重点对象。rbcL基因在不同植物类群中的进化速率有着较大的差异，总体来说是比较保守的，主要用于远缘属间及科或科以上水平的系统重建。由于rbcL基因的结构、功能、进化速率特点，使其已经成为植物分子系统学较高等级间的关系研究中应用最普遍的基因之一。
Chase（l993）利用rbcL基因构建了种子植物的系统关系[7];APG （1998，2003）也主要是基于rbcL基因构建的[8]。Anderson（2005）利用rbcL基因对真双子叶（eudicots）的基本类群进行了分歧年代的估计，显示了该片段在系统学研究中的价值[9]。姬生国等（2008）利用叶绿体rbcL基因和psbA-trnH基因间区序列探讨石杉科植物的系统位置及石杉科部的分类关系[10]。
2）matK
matK基因位于叶绿体trnK基因的含子中，长约1550bp，是叶绿体基因组编码基因中进化较快的基因之一，大量用于科、属间、甚至种间的研究（Matsumoto et al., 1998; Conti et al., 1999; Xiang et al. 2002; Steane et al., 2003）[11] [12] [13] [14]。matK基因的进化速率约是rbcL基因的2~3倍。由于matK与rbcL基因不一样，其序列的变异比较均一[15]（Jolmson&Soltis，1999），构树时不必加权就可得到可信的系统发育树。Hilu（1997）对matK基因的进化速率、模
式、碱基替代的类型进行了研究，阐明了matK在科以上水平的应用[16]；他的研究还发现其3'端的序列对系统发育研究更有用;且当信息位点达到100个时，系统树拥有稳定的拓扑结构。
利用matK基因，Steaneetal.（2003）研究了Casu耐anaceae 科4属间、76种间的关系[17]；Meng（2002）探讨了Saururaceae科属、种间的关系，表明了该片段的重要意义[18]。Wilson（2004）利用matK基因和trnK含子分析了46种莺尾属植物,其包含了所有的亚属和组,除了组Regelia、Brevituba和Manolepis[19]。
除rbcL、matK基因外，atpB、nahF、rpll6等多个叶绿体基因或片段都得到了广泛的应用。
2.2cpDNA非编码区序列
叶绿体基因的非编码区受到的选择压力小,其进化速率要比编码区快,常可用于较低分类阶元的系统学分析[20]（Shaw et al.,2005）。
1)trnL-F
trnL-F非编码区由靠的比较近的两个非编码区,即trnL含子和trnL与trnF的基因间隔区构成[21]（Taberietetal,1991）,但是在实际的操作过程中,常把两个非编码区与其中间的trnL基因编码区作为一个整体片段）称为trnL-F非编码区来分析[22][23]（Yi et al.,2004;应娟等,2004）trnL-F非编码区可用于探讨属间或亚属间[24]（Wang&Liu, 2004）及种间[25]（Stappen, 1999）的关系。
卫国等人（2002）对21种植物的cpDNA trnL-F间隔区序列的同源性进行了比较,探讨了桑树的起源和进化[26]。文蘅等人（2001）利用
该序列讨论了双参属的归属问题[27]。洁等人（2004）成功地利用该序列将花椒与胡椒属、山胡椒属、吴茱萸属等花椒的混淆品成功地进行了分子甄别[28]。
2)atpB-rbcL
atpB-rbcL基因间隔区长约800~900pb[29](Chiang et al. 1998)，其进化速率较trnL-F非编码区慢，己用于科间、族间或属间关系的研究[30][31](Wissemann & Ritz, 2005 田欣和德铢, 2002)；也可用于居群遗传学中[29][32](Chiangetal., 1998; Su et al., 2005)。
3)psbA-trnH
psbA-trnH片段是位于叶绿体DNA基因组上psbA基因和trnH基因之间的一段非编码序列,长约300 bp,其进化速率在大大快于matK 基因,但稍慢于ITS,可用于植物组间及种间的系统发育研究[30](田欣和德铢, 2002）。
华钦等人(2006),利用psbA-trnH片段在一定程度上准确区分了不同薯蓣的混淆品，为3种国产中药薯蓣的分子标记鉴别提供了依据
[33]；建萍等人(2010)将该序列作为条形码来鉴定肉苁蓉及其混淆品
[34]。
4)其他非编码区序列
常用到的非编码区还有rpL16，trnT-trnF等，其中rpL16被认为是叶绿体基因组中进化最快的含子，常用于较低阶元的系统研究；而trnT-trnF可以很好解决高分类阶元，如被子植物基本类群之间系统关系的分析[35](Borschetal.,2003)，也可用于属间[36](Levin et
al.,2005)、种间[37](Hamzeh,2004)关系的分析。
植物系统分类学模拟练习题 一、 填空题 1. 颤藻属植物体形态是 丝状体 ，细胞的原生质体可分 中心 质和 周 质两部分，繁殖方式为 形成藻殖段 。 2. 发菜的植物体形态是 丝状体 ，繁殖方式为 形成藻殖段 。 3. 衣藻隶属 绿藻 门， 衣藻 目；植物体形态是 球形或卵形 类型；有性生殖为 同配生殖 ，生活史是 合子减数分裂 ；减数分裂发生在 合子形成的后期 。 4. 鹿角菜隶属 褐藻门 门， 无孢子 纲；植物体形态是 异配生殖 类型；有性生殖为 异配生殖 ，生活史类型是 配子减数分裂 ；减数分裂发生在 配子囊形成后期 。 5. 细菌菌体为 单细胞 ；真菌大多为 菌丝体 。 6. 大多数真菌的细胞壁主要组成成分是 几丁质 。 7. 地衣的形态可大致分为 壳状地衣 、 叶状地衣 、 枝状地衣 三类，从结构角度看，叶状地衣大多数是 异层 地衣 8. 苔纲分 地钱目 、 叶苔目 、 角苔 目，角苔属于 角苔 目。 9. 葫芦藓的孢子体包括 孢蒴 、 蒴柄 、 基足 几部分，孢蒴包括蒴台和 蒴盖 。 10. 裸子植物一般被分成五纲：1 苏铁 纲、2 银杏 纲、3 红豆杉 纲、4 买麻藤 和5 松柏 纲。 苏铁 纲的大孢子叶呈羽状分裂的叶状，精子具鞭毛的有 苏铁 纲和 银杏 纲。 年级 班 学号班
11. 根据下列孢子植物的特征，在下列横线上填写所属的类群（门、亚门）： 细胞壁主要由几丁质构成。 真菌门 大型叶幼时拳卷。 真蕨亚门 雌性生殖器官称为果胞。 红藻门 12. 松属的小孢子母细胞减数分裂形成四分体，四分体分离后发育形成单细 胞花粉，单细胞花粉又称 小孢子 ， 小孢子 分裂形成一个 原叶体细 胞 和一个胚性细胞，精子器原始细胞分裂形成 管细胞 和 生殖细 胞 ， 体细胞 分裂形成2个精子 。 13. 具有以下果实类型的科 聚花果（ 凤梨科 ）；胞果（ 藜科 ）；瓠果（ 葫芦科 ） 14. 填写有四基数花的科 1 十字花 科、 2 桑科 科、 15. 填写出具以下雄蕊类型的科 聚药雄蕊 菊 科、单体雄蕊 锦葵 科、二体雄蕊 蝶形花 科、四强雄蕊 十 字花 科、二强雄蕊 唇形花 科。 二、 选择题（每小题1分，共计20分） 1 下列藻类生活史中，具异形世代交替、孢子体占优势的是 C 。 A 水云 B 多管藻 C 海带 D 石莼 2 在下列藻类植物中，具原核细胞的植物是 A 。 A 发菜 B 海带 C 水绵 D 紫球藻 3 列藻类生活史中，具异形世代交替、孢子体占优势的是 C 。 A 水云 B 多管藻 C 海带 D 石莼 4 在下列特征中，蓝藻门和红藻门相似的特征是 B 。 A 光合色素具藻胆素等 B 生活史中无带鞭毛的细胞 学 号
第9卷 第1期2007年3月 衡水学院学报 J o u r n a l o f H e n g s h u i U n i v e r s i t y V o l.9,N o.1 Ma r.2007植物功能基因组学及其研究技术 崔兴国 (衡水学院 生命科学系,河北 衡水053000) 摘 要:植物基因组的研究已经由以全基因组测序为目标的结构基因组学转向以基因功能鉴定为目标的功能基因组学研究.植物功能基因组学研究是利用结构基因组学积累的数据,从中得到有价值的信息,阐述D N A序列的功能,从而对所有基因如何行使其职能并控制各种生命现象的问题作出回答.近年来植物功能基因组学的研究技术主要包括表达序列标签、基因表达的系列分析、D N A微阵列和反向遗传学等.对植物功能基因组学的研究将有利于我们对基因功能的理解和对植物形状的定性改造和利用. 关键词:植物;功能基因组学;研究技术 中图分类号:Q3-3 文献标识码:A 文章编号:1673-2065(2007)01-0023-04 基因是细胞的遗传物质,决定细胞的生物学形状,细胞的生物学功能最终是由大量的基因表达完成的.随着人类基因组“工作框架图”的完成,生命科学研究的重点已经从结构基因组学转移到了功能基因组学的研究,特别是模式植物拟南芥(A r a b i d o p-s i s t h a l i a n a)和水稻(O r y z a s a t i v a)基因组测序的完成,公共数据库中已经积累了大量基因序列信息,获得了许多与植物发育相关的功能基因,在此基础上应用实验分析方法并结合统计和计算机分析来研究基因的表达、调控与功能,并相应诞生和发展了一批新的研究技术,为功能基因组学的研究提供了必要而有效的技术支撑.功能基因组学研究的最终目标是解析所有基因的功能,即从基因水平上大规模批量鉴定基因的功能,进而全面研究控制植物生长发育及响应环境变化的遗传机制,在基因组序列与细胞学行为之间起到桥梁作用,共同承担起从整体水平上解析生命现象的重任. 1 植物功能基因组学研究 植物的生长和发育是一个有机体或有机体的一部分形态建成和功能按一定次序而进行的一系列生化代谢反应的总合,反应在分子水平上,它要求相应的遗传代谢途径必须按照特定的时空次序严格进行以保证正常发育.植物功能基因组研究就是要利用植物全基因组序列的信息,通过发展和应用系统基因组水平的实验方法来研究和鉴别基因组序列的作用;研究基因组的结构、组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系以及基因与基因间的调控关系;从表达时间、表达部位和表达水平3个方面对目的基因在植物中的精细调控进行系统研究.当前植物功能基因组学研究主要集中于一年生的拟南芥与水稻两个物种上,这主要是由于它们的遗传背景清楚,基因组较小,基因结构简单而且易于进行分子生物学操作.拟南芥研究组“2010计划”的宏伟目标是充分利用拟南芥基因组计划获得的序列信息并结合功能基因组研究技术来获知其25000个基因的全部功能,例如开花的诱导过程是植物生活周期中最奇妙的过程,目前从拟南芥中鉴定了提早开花和延迟开花的多种突变体,显示植物开花受多个遗传基因的控制,如延迟开花的两个突变体是由等位基因 C O(C O N S T A N S)和L D(C O L D L U M I N I D E P E N- D E N S)突变引起,这两个基因均已被克隆,并使其在转基因植物的叶片中进行表达,将C O基因转移到拟南芥中,高效表达C O蛋白的转基因植株即使处于短日照条件下也会开花,这说明C O基因具有激活开花基因的作用.对模式植物功能基因组的研究将有助于整个植物基因组学的研究. 目前的功能基因组研究主要包括以下几个方面:(1)c D N A全长克隆与测序;(2)获得D N A芯片 ①收稿日期:2006-10-12 作者简介:崔兴国(1963-),女,河北冀州市人,衡水学院生命科学系副教授.
全基因组重测序数据分析 1. 简介(Introduction) 通过高通量测序识别发现de novo的somatic和germ line 突变，结构变异-SNV，包括重排 突变（deletioin, duplication 以及copy number variation）以及SNP的座位；针对重排突变和SNP的功能性进行综合分析；我们将分析基因功能（包括miRNA），重组率（Recombination）情况，杂合性缺失（LOH）以及进化选择与mutation之间的关系；以及这些关系将怎样使 得在disease（cancer）genome中的mutation产生对应的易感机制和功能。我们将在基因组 学以及比较基因组学，群体遗传学综合层面上深入探索疾病基因组和癌症基因组。 实验设计与样本 （1）Case-Control 对照组设计； （2）家庭成员组设计：父母-子女组（4人、3人组或多人）； 初级数据分析 1．数据量产出：总碱基数量、Total Mapping Reads、Uniquely Mapping Reads统计，测序深度分析。 2．一致性序列组装：与参考基因组序列（Reference genome sequence）的比对分析，利用贝叶斯统计模型检测出每个碱基位点的最大可能性基因型，并组装出该个体基因组的一致序列。3．SNP检测及在基因组中的分布：提取全基因组中所有多态性位点，结合质量值、测序深度、重复性等因素作进一步的过滤筛选，最终得到可信度高的SNP数据集。并根据参考基 因组信息对检测到的变异进行注释。 4．InDel检测及在基因组的分布: 在进行mapping的过程中，进行容gap的比对并检测可信的short InDel。在检测过程中，gap的长度为1~5个碱基。对于每个InDel的检测，至少需 要3个Paired-End序列的支持。 5．Structure Variation检测及在基因组中的分布: 能够检测到的结构变异类型主要有：插入、缺失、复制、倒位、易位等。根据测序个体序列与参考基因组序列比对分析结果，检测全基因组水平的结构变异并对检测到的变异进行注释。
植物功能基因组学概述 XXX* (XXXXX) 摘要：植物功能基因组学是从整体水平研究基因的功能及表达规律的科学。对植物功能基因组学的研究将助于我们对基因功能的理解和对植物性状的定性改造和利用。本文简要介绍了植物功能基因组学的概念、研究内容和研究方法。 关键词：植物；功能基因组学；ESTs；SAGE Summarize of Plant Functional Genomics XXX （XXXXX） Abstract：Plant functional genomics studies provide a novel approach to the identification of genome-wide gene expression. It is currently being widely focused on the gene expression by transcript profiling and takes us rapidly forward in our understanding of plant biological traits. In this review, comprehensive of concepts, research contents and methodologies regarding plant functional genomics and transcript profiling are described. Key words: Plant; functional genomics; ESTs; SAGE 1 植物功能基因组学 基因组学(Genomics)是20世纪最后10年研究最活跃的领域之一。基因组学是指对所有基因的结构和功能进行分析的一门学科, 1986年由美国科学家Thomas Roderick提出, 兴起于20世纪90年代[1]。基因组学研究分为结构基因组学( structural genomics) 和功能基因组学( functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段, 以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主, 以研究基因序列为目标。功能基因组学(Functional genomics)的研究又被称为后基因组学(Post genomics)研究，它是利用结构基因组学提供的信息和产物，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行系统研究。 植物功能基因组学是植物后基因时代研究的核心内容,它强调发展和应用整体的(基因 组水平或系统水平)实验方法分析基因组序列信息、阐明基因功能,其特点是采用高通量的实验方法结合大规模的数据统计计算方法进行研究。基本策略是从研究单一基因或蛋白质上升到从系统角度研究所有基因或蛋白质。在植物功能基因组学的研究中，拟南芥和水稻是两种最常用的模式植物。目前, 功能基因组学在水稻、拟南芥等模式植物中取得了较快进展, 主要原因在于这两种植物已完成全基因组测序工作[2], 获得了结构基因组数据, 且遗传背景清楚, 易于开展分子生物学研究, 已率先步入后基因组时代。 2 植物功能基因组学研究内容 2、1基因组多样性研究[1] *联系人Tel：XXXXX；E-mail：XXXXX
基因组学的研究内容 结构基因组学： 基因定位；基因组作图；测定核苷酸序列 功能基因组学：又称后基因组学（postgenomics基因的识别、鉴定、克隆；基因结构、功能及其相互关系；基因表达调控的研究 蛋白质组学： 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式 遗传图谱 （genetic map）采用遗传分析的方法将基因或其它dNA序列标定在染色体上构建连锁图。 遗传标记： 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼此之间的相对位置。 构建遗传图谱 就是寻找基因组不同位置上的特征标记。包括： 形态标记； 细胞学标记； 生化标记；DNA 分子标记 所有的标记都必须具有多态性！所有多态性都是基因突变的结果！ 形态标记： 形态性状：株高、颜色、白化症等，又称表型标记。 数量少，很多突变是致死的，受环境、生育期等因素的影响 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。
细胞学标记 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 ：染色体的核型、染色体的带型、染色 体的结构变异、染色体的数目变异。优点：不受环境影响。缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利 生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点： 数量较多，受环境影响小 ?
缺点： 受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息 DNA 分子标记： 简称分子标记以 DNA 序列的多态性作为遗传标记 优点： ? 不受时间和环境的限制 ? 遍布整个基因组，数量无限 ?
不影响性状表达 ? 自然存在的变异丰富，多态性好 ? 共显性，能鉴别纯合体和杂合体 限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism ， RFLP ） DNA 序列能或不能被某一酶酶切，
全基因组从头测序(de novo测序) https://www.doczj.com/doc/7e5923557.html,/view/351686f19e3143323968936a.html 从头测序即de novo 测序，不需要任何参考序列资料即可对某个物种进行测序，用生物信息学分析方法进行拼接、组装，从而获得该物种的基因组序列图谱。利用全基因组从头测序技术，可以获得动物、植物、细菌、真菌的全基因组序列，从而推进该物种的研究。一个物种基因组序列图谱的完成，意味着这个物种学科和产业的新开端！这也将带动这个物种下游一系列研究的开展。全基因组序列图谱完成后，可以构建该物种的基因组数据库，为该物种的后基因组学研究搭建一个高效的平台；为后续的基因挖掘、功能验证提供DNA序列信息。华大科技利用新一代高通量测序技术，可以高效、低成本地完成所有物种的基因组序列图谱。包括研究内容、案例、技术流程、技术参数等，摘自深圳华大科技网站 https://www.doczj.com/doc/7e5923557.html,/service-solutions/ngs/genomics/de-novo-sequencing/ 技术优势: 高通量测序：效率高，成本低；高深度测序：准确率高；全球领先的基因组组装软件：采用华大基因研究院自主研发的SOAPdenovo软件；经验丰富：华大科技已经成功完成上百个物种的全基因组从头测序。 研究内容: 基因组组装■K-mer分析以及基因组大小估计；■基因组杂合模拟（出现杂合时使用）； ■初步组装；■GC-Depth分布分析；■测序深 度分析。基因组注释■Repeat注释； ■基因预测；■基因功能注释；■ ncRNA 注释。动植物进化分析■基因家族鉴定（动物TreeFam；植物OrthoMCL）；■物种系统发育树构建； ■物种分歧时间估算（需要标定时间信息）；■基因组共线性分析； ■全基因组复制分析（动物WGAC；植物WGD）。微生物高级分析 ■基因组圈图；■共线性分析；■基因家族分析； ■CRISPR预测；■基因岛预测（毒力岛）； ■前噬菌体预测；■分泌蛋白预测。 熊猫基因组图谱Nature. 2010.463:311-317. 案例描述 大熊猫有21对染色体，基因组大小2.4 Gb，重复序列含量36%，基因2万多个。熊猫基因组图谱是世界上第一个完全采用新一代测序技术完成的基因组图谱，样品取自北京奥运会吉祥物大熊猫“晶晶”。部分研究成果测序分析结果表明，大熊猫不喜欢吃肉主要是因为T1R1基因失活，无法感觉到肉的鲜味。大熊猫基因组仍然具备很高的杂合率，从而推断具有较高的遗传多态性，不会濒于灭绝。研究人员全面掌握了大熊猫的基因资源，对其在分子水平上的保护具有重要意义。 黄瓜基因组图谱黄三文, 李瑞强, 王俊等. Nature Genetics. 2009. 案例描述国际黄瓜基因组计划是由中国农业科学院蔬菜花卉研究所于2007年初发起并组织，并由深圳华大基因研究院承担基因组测序和组装等技术工作。部分研究成果黄瓜基因组是世界上第一个蔬菜作物的基因组图谱。该项目首次将传
植物功能基因组学研究技术的发展 摘要：随着植物基因组学的发展，植物研究的热点转向了功能基因组学。如何确定大量的基因序列的功能，并进而了解基因与基因之间通过其代谢产物而形成的控制生物体代谢和发育的调控网络是功能基因组学研究的核心问题。在植物功能基因组学研究中，多摒弃原来传统的技术而采用新发展的方法，既省力又节源的研究基因的功能。 关键词：功能基因组学；表达序列标签技术；代谢组学；RNA干扰 二十一世纪以来，基因组学在各种模式生物基因组测序的完成的基础上发展迅速。基因组学已经产生很多个分支，比如结构基因组学，功能基因组学，比较基因组学等。其中，结构基因组学是基因组学发展的初级阶段，以建立生物的高分辨率遗传图和物理图为主。功能基因组学则代表基因组学发展的新阶段，是利用结构基因组学所提供的信息，发展和应用新的研究方法，从单一基因或蛋白质的研究转向多基因和多蛋白质的综合研究的一门学科，又被称为“后基因组学”。植物功能基因组学是植物后基因时代研究的核心内容，它强调发展和应用整体的实验方法分析基因组序列信息、阐明基因功能，其特点是采用高通量的实验方法结合大规模的数据统计计算方法进行研究。在植物功能基因组学的研究中，拟南芥和水稻是两种最常用的模式生物，近年来小麦的功能基因组学研究也在进行，主要集中于基因组中转录表达的部分。 1 植物功能基因组学中的分子标记 如何快速高效的从基因组中获取生物信息，是一个急迫并且有挑战性的课题。然而，表达序列标签（Express Sequence Tags，EST）的出现成为结构基因组学和功能基因组学连接重要依据。EST是从cDNA序列中获得的有特异性特征，能特指某个基因，它的发展成为功能基因组学发展的基础，Genbank中积累的大量EST序列不仅为新基因的发现提供帮助，而且为开发基于PCR的各种分子标记提供资源，如EST-SSR，CAPS，SNP，SRAP和TRAP等。截止2000年数据库dbEST中的主要信息统计如表1所示。
家养动植物基因组进化的特征和机制提名奖种：自然科学奖二等奖 提名者：云南省 提名意见： 家养动植物是人类社会赖以生存和发展的重要基础，是人工选择的结果，然而人们对家养条件下动植物快速变异的遗传机制仍知之甚少。该项目在国家973项目及云南省科技厅相关科技计划的资助下，以家养的水稻、家蚕、山羊及绵羊等动植物为对象，在家养动植物基因组进化的特征和机制研究中取得重要研究成果： 从基因组变异角度揭示了水稻驯化特征及独立起源事件；首次发现旱稻陆生适应性的遗传机制；提供了当时最为全面的水稻基因组多态性数据及基因资源；创新性的建立了研究人工选择机制的理论技术方法，包括多样性降低（ROD）和优良品种标签位点（ETAS）分析方法；首次从全基因组单碱基水平，刻画了水稻、家蚕的表观遗传组学特征，并发掘出在驯化过程可能受人工选择的基因位点；家蚕甲基化组研究澄清了长期以来对昆虫DNA甲基化的模糊认识，开创了昆虫表观遗传组学研究的先河；通过山羊和绵羊参考基因组破译及比较基因组学分析，揭示了反刍类家养动物瘤胃及羊毛、羊脂产生的分子机制；首次利用了光学图谱组装方法而不依赖于遗传图谱将大型基因组山羊基因组组装到染色体水平；该项目研究成果分别发表在Nat Biotechnol （3篇）、Science （1篇）、Nat Commu （1篇）等学术期刊，平均影响因子25.214，合计引用903次，其中他引次数843次，最高单篇他引次数高达289次。成果发表后产生了广泛国际影响。 同意提名该项目为国家自然科学奖二等奖。 项目简介： 家养动植物是人类社会赖以存在和发展的重要基础，是一万多年来不断人工选择的结果。尽管早在1859年达尔文的旷世巨著《物种起源》及1868年的巨著《动植物在家养条件下的变异》详细论述了物种在强烈人工选择下能快速产生大量的形态和生理变异，然而在这之后的150年至今，人类对家养动植物进化的遗传和基因组变异基础的了解甚至比对自然物种还少。在“973前沿科学项
微生物基因组研究：前景与目标 金奇 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生 物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不 在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、 环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％ 是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾 病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。 在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感 染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致 病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株 发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间 可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大 流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设 计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核 感染又在世界范围内猖獗起来。 微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有 益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医
药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选 出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广 泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑 料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一 些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等 普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现 的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的 微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在， 称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存， 互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作 用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。 人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事 的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物 体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上 研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革 命。
附件1： 863计划现代农业技术领域“主要动植物功能基因组研究” 重大项目课题申请指南 一、指南说明 动植物功能基因组研究为人类认识生物、改造生物提供重要基础，已成为农业高技术的重要组成部分，同时也是农业生命科学领域国际竞争的焦点。本项目依据我国经济社会，特别是农业农村经济发展的重大需求和现有研究开发基础，以水稻和家蚕为支持重点，同时支持有较好研究基础的主要动植物，以获得一大批有重要应用价值的基因产权为主要目标，系统开展功能基因组研究，为主要动植物品种改良，实现“高产、优质、抗逆、生态、安全”发展目标提供基因资源和知识基础。 项目利用“十五”建立的水稻功能基因组的技术平台，系统开展水稻产量、品质、抗病抗逆、营养高效性状的功能基因组研究，克隆验证新基因和调控因子，应用芯片技术建立水稻重要农艺性状的全基因组表达谱，并开展比较基因组学研究和第3、4染色体功能基因的系统鉴定；利用水稻、拟南芥等模式植物功能基因组的技术平台，开展小麦、玉米、棉花、油菜、大豆、花生、番茄等作物的功能基因组研究，克隆验证重要农艺性状基因；建立家蚕和家鸡的功能基因组研究技术平台，分离克隆与家蚕丝蛋白质合成、性别决定、发育变态、分子免疫和对微生物抵抗性、鸡的生长、品质、抗性、繁殖等重要经济性状相关的重要功能基因和调控因子。 项目的总体目标为：建立并完善水稻、家蚕大规模地开展功能基因组研究的技术体系；建立水稻产量、品质、抗逆、营养高效等重要
性状的全基因组表达谱，揭示表达调控网络，初步弄清水稻第3、4两条染色体大部分基因的功能；克隆水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、油菜、花生、番茄、家蚕、家鸡等物种新基因和调控因子1700个以上，其中50个以上有重要应用前景；申请基因（含调控因子）专利450个以上，发表高水平研究论文400篇以上。通过项目的实施，使我国水稻功能基因组研究领域整体达到国际领先水平；小麦、玉米、大豆、棉花、油菜、花生、番茄等作物的功能基因组研究具备一定的规模，并在国际上形成局部优势；建立较完善的家蚕功能基因组研究的技术平台，家鸡功能基因组研究取得较大进展，形成进入国际先进水平的能力。 此次发布的是现代农业技术领域“主要动植物功能基因组研究”重大项目的课题申请指南，安排国拨经费1.7亿。 二、指南内容 课题1. 水稻产量性状的功能基因组研究 研究目标：分离克隆控制水稻产量和杂种优势的基因并验证功能。 研究内容：通过对课题前阶段产生的突变体库进行系统筛选，获得水稻株型、穗型、粒重、生育期等性状的突变体，分离克隆基因及调控因子；系统建立产量性状和杂种优势的基因表达谱，鉴定特异表达基因的功能，分析其对提高产量和增强杂种优势的价值；图位克隆法分离克隆产量性状基因（QTLs）。 考核指标：分离克隆调控水稻株型、穗型、粒重、生育期等性状
基因组学课程论文 题目：植物基因组学的的研究进展姓名：秦冉 学号：11316040
植物基因组学的的研究进展 摘要：随着模式植物——拟南芥和水稻基因组测序的完成，近年来关于植物基因组学的研究越来越多。本文主要对拟南芥、水稻2种重要的模式植物在结构基因组学、比较基因组学、功能基因组学等领域的研究进展以及研究所使用的技术方法进行简单介绍。 关键词：植物；基因组学；研究进展 The recent progress in plant genomics research Abstract: With the completion of genome sequencing ofthe model plant-- Arabid opsis and rice，more and more researches on plant genomics emerge in recent yea rs. The research progress of the 2 important model plant--Arabidopsis and rice in structural genomics,comparative genomics,functional genomics and technology methods used in this research are introduced briefly in this paper. Keywords:plant; genomics; research advances 前言 基因组是1924年提出用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念。1986年由美国科学家Thomas Roderick提出的基因组学是指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱）、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一门科学。自从1990年人类基因组计划实施以来，基因组学发生了翻天覆地的变化，已发展成了一门生命科学的前沿和热点领域。而植物基因组研究与其他真核生物和人类基因组研究有很大的不同。首先，不同植物的基因组大小即使在亲缘关系非常近的种类之间差别也很大; 其次，很多植物是异源多倍体，即便是二倍体植物中有些种类也存在较为广泛的体细胞内多倍化( endopolyp loidy）现象[1]。基因组研究主要包括三个层次:①结构基因组学，以全序列测序为目标，构建高分辨率的以染色体重组交换为基础的遗传图谱和以DNA 的核苷酸序列为基础的物理图谱。②功能基因组学，即“后基因组计划”，是结构基因组研究的延伸，利用结构基因组提供的遗传信息，利用表达序列标签，建立以转录图谱为基础的功能图谱( 基因组表达图谱），系统研究基因的功能，植物功能基因组学是当前植物学最前沿的领域之一。③蛋白质组学，是功能基因组学的深入，因为基因的功能最终将以蛋白质的形式体现。 近来，以水稻( Oryza sativa）和拟南芥(Arabadopsis thaliana）为代表的植物基因组研究取得了很大进展，如植物分子连锁遗传图谱的构建，在此基础上，已经在植物基因组的组织结构和基因组进化等方面得到了有重要价值的结论; 植物基因组物理作图和序列测定的研究集中于拟南芥和水稻上; 植物比较基因组作图证实在许多近缘植物甚至整个植物界的部分染色体区段或整个基因组中都存在着广泛的基因共线性，使得我们可以利用同源性对各种植物的基因组结构进行研究、分析和利用。本文主要对拟南芥、水稻2种重要的模
一．叶绿体DNA（cpDNA）研究与植物系统学 1. 分子系统学研究中常用的标记 分子生物学技术的发展为植物育种提供了一种基于DNA变异的新型遗传标记——DNA分子标记，或简称分子标记。与传统应用的常规遗传标记相比，分子标记具有许多明显的优点，因而已被广泛应用于现代作物遗传育种研究的各个方面，大量以前无法进行的研究目前利用分子标记手段正蓬勃开展，并取得丰硕的成果。尤其是当分子标记技术走出实验室与常规育种紧密结合后，正在为植物的系统学研究带来一场新的变革。 目前用于植物系统进化、遗传多样性以及植物地理学研究的分子标记和方法有多种。总体来看可以分为4类，即:（1）蛋白质标记；（2）DNA序列分析；（3）DNA指纹分析；（4）DNA构象变化与SSCP 分析[1]。 DNA序列可以直接反映物种的基因型，并记录进化过程中发生的每一个变化，含有极为丰富的进化信息。依据DNA序列上的差异来比较植物的亲缘和演化关系，可以为植物系统与进化研究提供最直接的证据。当前用于研究的DNA序列主要分为两大类:叶绿体基因组（Chloroplast DNA，cpDNA）和核基因组（nuclear DNA，nDNA）本文采用的是叶绿体DNA（cpDNA）序列分析，故在此主要接介绍cpDNA序列分析。 2.cpDNA 叶绿体基因组（cpDNA）占植物总基因组DNA的10-20%，为
双链闭环结构，一般为120-220kb（多在120-160kb之间），被2个长约22-25kb的反向重复序列（IR）分成大拷贝区（LSc）和小两个单拷贝区（SSC）。 在过去二十年里，.植物系统学家们依据叶绿体DNA序列进行了大量的系统发育分析[2]。因为cpDNA具有一下优势：第一，叶绿体基因组在植物细胞中虽为多拷贝，但其序列都是一样的，便于操作[3];第二，叶绿体基因组是单亲遗传的，不存在核基因中出现的基因重组等问题；第三，由于叶绿体基因组序列的保守性，扩增叶绿体片段的引物是通用的；第四，非编码区的叶绿体DNA具有更多的信息位点，且测序的工作量不大，更适合于低等级类群的系统发育研究。尽管叶绿体基因在系统发育研究中有众多优点，但仍然存在不少缺点限制其使用[4]首先，相对缓慢的进化速率使得叶绿体基因序列在系统发育研究应用中局限于较高等级的类群；其次，由于是单亲遗传（在被子植物中是母系遗传），叶绿体DNA序列只能够推断杂交物种形成中的母系来源，比较适合于低等级类群的系统发育研究。如Araujol 等（2003）利用2个叶绿体片段研究柑橘亚科12个属的系统进化关系[5]。Makarevitch等〔2003）使用cpDNA（trnL和trnL-trnF基因间隔区）和RAPDs对22种俄罗斯莺尾进行研究，认为其中16个种来自亚属Subgen.Limniris下亚组sect.Limniri[6]。 目前常用的片段有两种类型，即叶绿体基因的编码区和非编码区。由于进化速率不同，两种片段分别用于解决不同的系统学问题。
1 技术优势 全基因组测序（Whole Genome Sequencing，WGS）是利用高通量测序平台对人类不同个体或群体进行全基因组测序，并在个体或群体水平上进行生物信息分析。可全面挖掘DNA 水平的遗传变异，为筛选疾病的致病及易感基因，研究发病及遗传机制提供重要信息。 全基因组测序 平台优势 HiSeq X 测序平台 读长：PE150 通量：1.8T/run 测序周期：3 天 专为人全基因组测序准备、测序周期短、通量高
生物信息分析 技术路线 技术参数 样品要求 样本类型：DNA 样品 样本总量：≥1.0 μg DNA (提取自新鲜及冻存样本) ≥1.5 μg DNA (提取自FFPE 样本)样品浓度：≥ 20 ng/μl 测序平台及策略HiSeq X PE150 测序深度 肿瘤：癌组织(50X),癌旁组织/血液样本(30X)遗传病：30~50 X 项目周期37天
3 案例解析 该研究选取3个家系中6个患者和1个正常个体，首先使用基因芯片寻找纯合突变位点，然后对其中无亲缘关系的2例患者采用全基因组测序研究，在2例患者非编码区域均发现相同的变异，10号染色体PTF1A 末端发生一个点突变（chr10：23508437 A>G），且变异在患病人群和细胞试验中均得到了验证。研究解释了生长发育启动子隐性变异是罕见孟德尔遗传病的常见致病原因，同时说明许多疾病的致病突变也可能位于非编码区。 图1 检出的变异信息 智力障碍是影响新生儿心智发育的一类疾病。这项研究选取50个经过基因芯片和全外显子测序未确诊致病因子的trio 家系，全基因组测序检出84个de novo SNVs 和8个de novo CNVs，及一些结构变异（如VPS13B、STAG1、IQSEC2-TENM3），检出率为42%。揭示编码区的de novo SNVs 和de novo CNVs 是导致智力障碍的主要因素，全基因组测序可以作为可靠的遗传性检测应用工具。 案例一 单基因病研究——全基因组测序鉴定PTF1A末端增强子常染色体隐性突变导致胰腺 发育不全[1] 案例二 复杂疾病研究——全基因组测序解析智力障碍的主要致病因素[2] 图2 PTF1A 的家系图谱
1.基因组的结构和变异 2.分子标记连锁图谱构建基因 3.QTL定位的原理和方法 4.QTL精细定位 5.基因和QTL的可隆 5.1插入突变方法 5.2图位克隆的方法(含比较图位克隆) 5.3候选基因法 6.资源评估和利用 7.分子标记辅助选择(含分子设计育种) 8.转基因 8.1转基因体系和实证研究 8.2转基因的生态学安全研究 9.比较基因组 9.1标记水平比较基因组 9.2序列水平的比较研究 9.3性状水平的比较研究 9.4功能比较研究 10.***优势研究 10.1遗传学解释 10.2分子生物学解释 11.分子进化(主要是玉米进化) 12.基于连锁不平衡的关联分析 12.1实证研究 12.2方法学研究 13.基因组研究中的一些新技术运用 13.1DNA芯片技术 13.2 DNA shuffling 13.3Gene Trap 13.4 Gene therapy in plants 13.5 TILLING 技术 1.植物基因组的结构和变异 在越来越多的植物基因组被测完后,该研究的重要性逐渐显现,该方面的文章可以说是汗牛充栋.在玉米方面该领域的大牛是Buckler, ES; Messing, J, Dooner HK, Doebley J ; Gaut, BS. 1. Buckler, E. S., Gaut, B. S. and McMullen, M. D. (2006) Molecular and functional diversity of maize. Curr. Opin. Plant Biol. 9, 172-176 这是关于玉米基因组结构的REVIEW文章,先了解大概,在细读研究文章.其任何2个玉米自交系之间的遗传变异大于人和大猩猩之间的差异的经典论断充分说明玉米变异的广泛性.最近因为人类基因组研究的进展而似乎可以改写. 2.Messing J, Dooner HK. Organization and variability of the maize genome. Curr Opin Plant Biol.
进化基因组学研究进展 刘超 （山东大学生命科学学院济南250100） 摘要：进化基因组学是利用基因组数据研究差异基因功能、生物系统演化、从 基因在水平探索生物进化的学科。随着近年来基因组数据的不断增加，进化基因组学得到了长足的发展。进化基因组学主要包括从基因组水平理解和诠释生物进 化和新基因分析研究探索两方面的内容。本文介绍了进化基因组学研究的主要内容和较为常用的方法，以及近年来在细菌、酵母、果蝇进化基因组学方面的研究进展。 关键词：进化基因组学系统进化比较基因组学新基因 前言 随着基因测序技术的不断进步以及基因组学的飞速的发展，人们积累了大量的基因组学数据，利用所得的大量的基因组数据与进化生物学相结合，在基因组水平研究生物进化机制，随即产生了进化基因组学(Evolutional Genomics)。 近年来进化基因组学取得了长足的进展，在研究差异基因功能、生物系统演化、从基因在水平探索生物进化的终极方式等方面有重大突破，对人类理解生命现象和过程有重要作用。 1进化基因组学研究内容 研究系统进化学通常包括两个关键步骤：一方面，在不同物种中鉴定同源性特佂，另一方面利用构建系统进化树的方法比较这些特征，进而重新构建这些物种的进化历史[1]。针对这两个关键步骤，传统系统进化学，常采用基于形态学 数据和单个基因研究的同源性状鉴定和重建系统进化树（常包括距离法、最大简约法、概率法）[1]的方法来研究。在目前拥有丰富基因组数据的条件下，我们 可以分析基因组数据，利用进化基因组学研究系统进化。
目前进化基因组学的研究内容主要集中于两个方面：（1）在比较不同生物的基因数据的基础上，从基因组水平理解和诠释生物进化；（2）通过对新基因的分析研究探索基因进化过程的规律两个方面[2]（如图1）。在进行全基因组进化分析方面，进化基因组学主要集中于构建系统进化树、研究基因组进化策略、研究生物功能变化和进化机制、进化和生态功能基因组学[2]、基因注释的等方面；在新基因方面主要分析基因产生机制和新基因固定及其动力学研究。 图1 进化基因组学主要研究内容 目前进化基因组学的研究有力的解决了一些基础性的进化问题，但也出现了一些未来需要急需解决的挑战。例如生物进化的本质和目前重建系统进化树方法 的限制[1]。 2研究进化基因组学的方法 研究进化基因组学的方法主要包括利用基因组数据分析和研究新基因的产 生和演化两种。 2.1利用基因组数据进行系统进化分析 利用基因组数据进行系统进化分析，常有基于基因序列的方法和基于全基因特征的方法。（如图2）
动植物基因组de novo常见问题 基础知识 1、什么是基因组de novo测序 答：对某一物种进行高通量测序，利用高性能计算平台和生物信息学方法，在不依赖于参考基因组的情况下进行组装，从而绘制该物种的全基因组序列图谱。 2、普通基因组的定义 答：单倍体，纯合二倍体或者杂合度<%，且重复序列含量<50%，GC 含量为35%到65%之间的二倍体。 3、复杂基因组的定义 答：杂合率＞%，重复序列含量＞50%，GC含量处于异常的范围（GC 含量＜35%或者GC含量＞65%＝的二倍体，多倍体。 诺禾致源对二倍体复杂基因组进一步细分为微杂合基因组（%＜杂合率＜%＝、高杂合基因组（杂合率＞%）以及高重复基因组（重复序列比例>50%）。 4、怎么查询基因组的大小 答：查询植物基因组大小的网站：； 查询动物基因组大小的网站：。
5、基因组的项目周期 6、基因组承诺的组装指标 答：简单基因组：contig N50>20K，scaffold N50>500K； 复杂基因组：contig N50>20K，scaffold N50>300K。 样品要求 1、动植物基因组测序对取样有什么要求 答：植物：需要黑暗无菌条件下培养的黄化苗、组培苗，基因组样本量500μg~1mg，越多越好。选择纯合或杂合度尽可能小的样品（杂合度<%）。 动物：应选取肌肉、血液等含脂肪较少的部位取样，尽量选择同一个体取样，以减少个体差异性对后续拼接的影响。基因组样本量
500μg~1mg，越多越好。样本的性别决定模式是XY型，则尽量选择雌性个体（XX型），如果是ZW型，则尽量选择雄性个体（ZZ型）。 2、全基因组测序对DNA样本有什么要求 答：（1）样品需求量（单次）：小片段文库，≥3μg；2Kb~5Kb大片段文库，≥20μg；10Kb~20Kb大片段文库，≥60μg；完成全基因组测序样品DNA量需求约为500μg~1mg； （2）样品浓度：对于小片段文库，≥50ng/μl，对于2Kb~5Kb 大片段文库，≥150ng/μl；对于10Kb~20Kb大片段文库，≥150ng/μl； （3）样品纯度：OD260/280=~；无蛋白质、RNA污染或肉眼可见杂质污染； （4）样品质量：基因组完整。如需建立≥5Kb的插入片段文库，则电泳结果，基因组DNA主带≥23Kb；脉冲场电泳结果，基因组DNA 主带≥40Kb。 文库构建 1、基因组测序的文库构建及测序策略 答：简单基因组：180bp、500bp、2K、5K、10K；PE100测序；测序深度一般为100-150X；
从自养到寄生：列当科植物叶绿体基因组的序列变异和进化列当科(Orobanchaceae)包含完全自养,半寄生和全寄生三种生活方式的物种,已经成为研究不同生活方式下叶绿体基因组进化规律的关键类群。当前列当科植物叶绿体基因组研究主要集中在全寄生物种,而半寄生类群的叶绿体基因组研究有助于认清列当科植物从自养到全寄生的营养方式转变对叶绿体基因组进 化的影响。 本研究利用二代测序技术组装了半寄生类群马先蒿属(Pedicularis L.)四 种植物(返顾马先蒿,Pedicularis resupinata;欧式马先蒿,Pedicularis oederi Vahl;藓生马先蒿,Pedicularis muscicola Maxim;斑唇马先蒿,Pedicularis longiflora Rudolph))的叶绿体基因组,并从GenBank下载已发表的列当科植物叶绿体基因组数据,利用生物信息学、比较基因组学的方法,分析列当科植物随着生活方式的转变,叶绿体基因组序列的变异模式。主要结果如下:(1)马先蒿属四个种叶绿体基因组大小变化范围从152,907 bp(藓生马先蒿)到153,547 bp(斑唇马先蒿),注释到133个基因,包括88个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA 基因,其中115个是单拷贝基因(其中,ndhD和ndhF基因在欧式马先蒿、藓生马 先蒿和斑唇马先蒿中是假基因,ndhH基因在藓生马先蒿和斑唇马先蒿中为假基因)。 马先蒿属4个种蛋白编码区氨基酸组成和GC含量相似,偏向于使用A/T碱基。比较叶绿体基因组学分析表明,马先蒿属4个种叶绿体基因组中变异率比较高的区域重复序列分布比较多。 以自养植物钟萼草为参考,进行共线性分析发现马先蒿属叶绿体基因组的SSC区有重排现象。由于SSC区的重排导致IR/SC边界处基因的变化。