当前位置:主页 > 硕博论文 > 农业博士论文 >

甘蓝型油菜3D基因组学的初步研究与应用

发布时间:2018-05-01 16:01

  本文选题:甘蓝型油菜 + 3D基因组 ; 参考:《华中农业大学》2016年博士论文


【摘要】:三维(three dimensional,3D)基因组学是在传统的一维线性序列的基础上研究染色质三维空间结构的一门学科。染色质构象捕获技术(chromatin conformation capture,3C)及其衍生技术用于测定特定的点到点之间的染色质交互作用,是3D基因组领域近年来发展起来的一类技术。随着染色质构象捕获技术的迅速发展,3D基因组学不仅被运用于基因表达、转录调控的机制研究,还被用于基因组组装(传统基因组组装、单倍型组装、宏基因组组装等)的研究当中。目前,3D基因组学的研究主要集中在小鼠、果蝇、酵母等模式生物和人类中,并取得了一系列丰硕的成果,但其在植物中鲜有报道,仅在模式物种拟南芥中有部分研究。而油菜是我国第一大油料作物,在食用油生产中占有重要地位。近期,国际上完成了甘蓝型油菜基因组的测序和草图的绘制工作,这是首次对传统的多倍体作物复杂的基因组进行的完整测序和组装,并且为多倍体植物三维基因组学的研究提供了数据资源。为了研究三维基因组在多倍体物种中的应用,本文从如下几个方面开展了工作:首先,本研究选取甘蓝型油菜品种中双11号(ZS11)作为实验对象,采用高通量染色质构象捕获技术(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C),通过甲醛交联、酶切、末端补齐及生物素标记、连接、DNA纯化、超声打断及生物素富集等步骤,完成了甘蓝型油菜染色质交互文库的构建。实验共获得了约110 Gb油菜基因组染色质交互的原始测序数据,通过质量控制、过滤及重复性检验等生物信息处理步骤,结果显示数据质量各项指标(比对率,无效连接及可重复性等)均符合预期结果,表明了Hi-C技术在传统多倍体植物中的可操作性。基于上述染色质交互数据,本研究构建了甘蓝型油菜中高质量高分辨率的全基因组交互矩阵,用于后续油菜基因组组装完善和三维基因组学转录调控功能研究。然后,为了检验基于染色质交互在多倍体植物组装中的可行性,首先利用上述染色质交互数据将未挂载到甘蓝型油菜染色体上的scaffolds进行锚位并进行方向的确定,从而提高甘蓝型因组参考序列的完整性。组装后有91.05 Mb scaffolds能被分配到相应的染色体上,并且111.70 Mb scaffolds能成功确定其在染色体上的位置和方向(现有草图中染色体号未知的scaffolds和没有确定具体位置方向的scaffolds分别为135.94 Mb,202.91 Mb),染色体号未知的scaffolds和没有确定具体位置方向的scaffolds分别从全基因组长度的16.03%和23.92%下降到5.29%和10.75%。通过预测已组装的scaffolds,显示该方法的预测甘蓝型油菜scaffolds的染色体号、位置和方向的正确率分别为98.85%、90.15%和90.39%。甘蓝型油菜基因组的完善对后续优良品种的选育和品质的改良具有重要的理论和实践意义。另外,本研究的开展不仅检验了基于染色质三维结构的组装方法在多倍体植物基因组辅助组装的可行性和有效性,而且为复杂植物基因组组装提供了新的思路。最后,本研究利用甘蓝型油菜的交互数据研究了其蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interactions,PPIs)基因在染色质3D结构上的特征。通过基于直系同源的方法,本研究鉴定了甘蓝型油菜中163,475个PPIs,将PPIs基因对与随机基因对进行比较。结果显示蛋白-蛋白互作基因对的相互作用的可能性和交互频率都显著大于随机选取的基因对。上述结果表明形成PPIs的基因在空间上更容易形成共定位,在空间上靠的更近,同时还说明了在空间上距离较近的基因之间更利于形成蛋白-蛋白相互作用。结果暗示了植物基因组中染色质3D的组织和PPIs的形成可能存在一定联系,为解析甘蓝型油菜基因的转录调控机制提供了新的线索。
[Abstract]:Three dimensional (3D) genomics is a subject of study on the three-dimensional spatial structure of chromatin based on the traditional one-dimensional linear sequence. The chromatin conformation capture (chromatin conformation capture, 3C) and its derivatization technique are used to determine the interaction of chromatin between specific points and points, which is the near field of the 3D genome. With the rapid development of chromatin conformation capture technology, 3D genomics has been used not only in gene expression, in the study of transcriptional regulation, but also in the study of genome assembly (traditional genome assembly, haplotype assembly, macrogenome assembly, etc.). At present, research on 3D genomics is the main collection. A series of fruitful results have been achieved in mice, Drosophila, yeast and other models, but there are few reports in plants, only part of the study of Arabidopsis in the pattern species. And rape is the first major oil crop in China, and occupies an important position in the production of edible oil. Sequencing and drawing, this is the first complete sequencing and assembly of the complex genome of a traditional polyploid crop, and provides a data resource for the study of the three dimensional genomics of polyploid plants. In order to study the use of the three dimensional genome in polyploid species, this paper works from the following aspects: First, we selected ZS11 (ZS11) in Brassica napus (Brassica napus) as the experimental object, using high throughput chromatin conformation capture (high-throughput chromosome conformation capture, Hi-C), through the crosslinking of formaldehyde, enzyme cutting, end filling and biotin labeling, connection, DNA purification, ultrasonic interruption and biotin enrichment, etc. The construction of the chromatin interactive Library of rapeseed was constructed. The original sequencing data of the chromatin interaction of some 110 Gb rapeseed genome were obtained. The results showed that the data quality indexes (ratio, non effective connection and repeatability, etc.) were all conformed to the expected results. The maneuverability of Hi-C technology in the traditional polyploid plants. Based on the above-mentioned chromatin interaction data, a high quality and high resolution whole genome interaction matrix in Brassica napus was constructed, which was used for the completion of the subsequent rape genome assembly and the study of the three dimensional genomics transcriptional control power. The feasibility of interacting with the polyploid plants is first used to anchorage and determine the direction of scaffolds, which is not mounted on the chromosome of Brassica napus, in order to improve the integrity of the reference sequence of the Brassica napus group. After assembly, 91.05 Mb scaffolds can be assigned to the corresponding chromosomes, and 1 11.70 Mb scaffolds can successfully determine its location and direction on the chromosome (the unknown scaffolds of the chromosome number in the present sketch, and the scaffolds that does not determine the specific location of the scaffolds, respectively, 202.91 Mb), the unknown scaffolds of the chromosome number, and the scaffolds that do not determine the specific location of the scaffolds from the total genome length of 16, respectively. 3% and 23.92% decreased to 5.29% and 10.75%. by predicting the assembled scaffolds. The method showed that the correct rate of chromosome number, location and direction of Brassica napus scaffolds was 98.85%, 90.15% and 90.39%. of Brassica napus, respectively, had important theory and improvement on the selection and quality improvement of subsequent fine varieties. In addition, the development of this study not only examined the feasibility and effectiveness of the assembly method based on the three-dimensional structure of chromatin in the genome assisted assembly of polyploid plants, but also provided new ideas for the assembly of complex plants. Finally, the protein protein phase was studied by the interaction data of Brassica napus. The characteristics of protein-protein interactions (PPIs) gene in the structure of chromatin 3D. Through the direct homologous method, this study identified 163475 PPIs in Brassica napus and compared the PPIs gene to the random gene pair. The results showed the possibility and frequency of interaction between protein protein interaction gene pairs. Both were significantly greater than the random selection of gene pairs. The results showed that the gene forming PPIs was more likely to form co loci in space, closer in space, and also indicated that protein protein interaction was more conducive to the formation of protein protein interaction in space, which suggested the tissue and PPIs of the chromatin 3D in the plant genome. It may provide some new clues for analyzing the transcriptional regulation mechanism of Brassica napus.

【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S565.4

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;国际基因组学大会在深圳召开[J];中国家禽;2009年21期

2 张雁明;邢国芳;刘美桃;刘晓东;韩渊怀;;全基因组关联分析:基因组学研究的机遇与挑战[J];生物技术通报;2013年06期

3 ;2004年5月召开2004后基因组高峰会议[J];分子植物育种;2004年02期

4 ;家蚕基因组学国家重点实验室[J];科学咨询(科技·管理);2012年03期

5 ;家蚕基因组学国家重点实验室[J];科学咨询(科技·管理);2014年03期

6 罗情情;王明兹;陈必链;黄建忠;;基因组改组技术及其在微生物中的应用[J];农产品加工(学刊);2014年03期

7 ;2005国际基因组医学研讨会[J];分子植物育种;2005年03期

8 ;有关基因组学的问答[J];新疆畜牧业;2011年12期

9 徐芳芳;;与蚕相舞 科学报国——记西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室[J];科学中国人;2012年14期

10 ;家蚕基因组生物学国家重点实验室获准建设[J];蚕学通讯;2011年02期

相关会议论文 前10条

1 赵一;;基因组学时代的中药研究[A];2004年中国西部药学论坛论文汇编(上册)[C];2004年

2 贺林;;基因组学对我们概念的冲击和带来的思考[A];中国遗传学会功能基因组学研讨会论文集[C];2006年

3 刁现民;;后基因组时代的生命科学及现代农业质疑[A];新观点新学说学术沙龙文集2:生命科学的思考与畅想[C];2006年

4 何晨阳;;基因组学新技术在植物保护和病虫害研究中的应用[A];科技创新与绿色植保——中国植物保护学会2006学术年会论文集[C];2006年

5 ;医学基因组学国家重点实验室[A];培育生物产业,发展绿色经济——第五届中国生物产业大会·2011基因科学与产业发展论坛会刊[C];2011年

6 杨焕明;;基因组学与21世纪的医学[A];第十二次全国医学遗传学学术会议论文汇编[C];2014年

7 彭瑞骢;;新世纪医学发展值得关注的两个问题[A];中国自然辩证法研究会第五届全国代表大会文件[C];2001年

8 魏尔清;;后基因组时代药理学研究趋向[A];第七次全国莨菪类药研究学术交流会论文汇编[C];2001年

9 赵国屏;;基因组学与社会经济的和谐发展[A];培育生物产业,发展绿色经济——第五届中国生物产业大会·2011基因科学与产业发展论坛会刊[C];2011年

10 吕占军;王秀芳;谢英;段肖翠;;医学基因组学教学中创新和实践能力的培养[A];高等院校遗传学教学改革探索[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 贾少强 通讯员 王静思;国际基因组学 大会在深召开[N];深圳商报;2010年

2 编译 李勇;癌症基因组学的未来[N];医药经济报;2014年

3 记者 毕国学 通讯员 时红伟 雷云;深圳全基因组设计育种研究领先全国[N];深圳商报;2014年

4 ;疾病基因组学将成“主旋律”[N];中国医药报;2002年

5 中科院院士、中科院北京基因研究所研究员 杨焕明;基因组学的突破[N];人民政协报;2008年

6 记者 刘传书;中国首次提出“人类泛基因组”概念[N];科技日报;2009年

7 记者 李嫦娟 通讯员 蒋婷燕;第四届国际基因组学大会在深召开[N];广东科技报;2009年

8 记者 易运文;我青年学者首次提出“人类泛基因组”概念[N];光明日报;2009年

9 特约记者 铁铮;毛白杨基因组序列图谱绘就[N];中国花卉报;2011年

10 记者 过国忠 通讯员 生永明;作物基因组学与育种研讨会在扬州大学召开[N];科技日报;2012年

相关博士学位论文 前5条

1 王一;群体基因组学若干模型与算法[D];复旦大学;2010年

2 白义春;CRISPR/Cas9技术在鸡、猪基因组编辑研究中的应用及一种新型基因无缝编辑技术的开发研究[D];西北农林科技大学;2016年

3 Zeeshan Gillani;植物高通量基因型和表型数据计算分析及工具开发[D];浙江大学;2016年

4 谢婷;甘蓝型油菜3D基因组学的初步研究与应用[D];华中农业大学;2016年

5 赵永兵;泛基因组学分析方法开发及应用[D];中国科学院北京基因组研究所;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄震震;基于整合的TCGA数据库探索基因组学与临床数据关系[D];浙江大学;2016年

2 龙志成;基于基因组重测序技术研究莲两生态型的适应性遗传分化[D];中国科学院研究生院(武汉植物园);2016年

3 樊军鹏;油菜磷高效性状的全基因组关联分析[D];华中农业大学;2016年

4 王蒙召;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[D];华中农业大学;2016年

5 汪金兔;鲤第四轮全基因组复制时间及鲤CC型趋化因子的研究[D];上海海洋大学;2012年

6 霍永霞;群体基因组学方法探讨人类与中国观赏鸡骨骼系统进化遗传机制[D];安徽大学;2015年

7 孙秋实;基于串联质谱数据的蛋白质—基因组学方法研究[D];北京交通大学;2015年

8 谭珍连;用基因组改组技术提高白地霉的内酯化脂肪酶活性的研究[D];广西大学;2007年

9 项迎霞;空间飞行诱发水稻基因组不稳定序列特征分析[D];大连海事大学;2010年

10 张清;运动单胞菌基因组尺度代谢网络模拟[D];天津大学;2010年



本文编号:1830062

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/1830062.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户3a8ce***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com