基因组研究-鸟兽学会-华大基因-樊伟.ppt
基因组研究,樊 伟，Fan Wei September 27,2010,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,2,二十世纪孕育了“基因世纪”,Genomic Era,人类基因组计划奠定了“基因组时代”的基石,“基因组时代”,“人类基因组计划”,基因组学发展的源动力：测序技术三代测序技术比较,Sanger sequencing technology,自动荧光垂直板凝胶电泳测序仪 代表：ABI公司377型垂直板自动测序仪 96个泳道 读长高达700-800 bp 日分析能力达300个样品,荧光检测探头,Dr.Fred Sanger,illumina Genome Analyzer,当前最受瞩目的单分子测序技术，将于2011年初上市。,DNA level,Network,RNA level,Improve health anddesign better crops,Applications throughSequencing+Bioinformatics,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,10,华大基因(Beijing Genomics Institute),华夏生骄子 共奠科学千秋基业大国有精英 同解生命万世因原-名字阐释 华大基因，创建于1999年，是人类基因组计划1%中国卷的主要承担者。现已发展成为世界最大的DNA测序和基因组学研究机构,并且初步建成了高通量的蛋白质测序和转基因技术平台。,1999,BGI-Beijing2001,BGI-Hangzhou2007,BGI-Shenzhen2009,BGI-Hongkong2010,BGI-Wuhan2010,BGI-Boston2010,BGI-Copenhagen,2,2,28 Illumina/GAIIx137 Illumina Hi-Seq 200(2010)2 Life Tech/SOLiD 4+25 Life Tech/SOLiD 4(2010)16 AB/3730 xl+110 MegeBACEs2 Illumina iScan(2010),BGI current sequencing capacity（硬件资源）,Data production:100 Gb/day(2009)5 Tb/day(end of 2010),BGI supercomputing（硬件资源）,2008-2010,华大近年来主要科学成果,BGI-Premier Scientific Partner,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,17,Cucumber genome.Nature Genetics 2009,Short read assembly:de bruijn graph algorithm,Sequencing depth 60X,pureSolexa.Contig N50 40 kb,Scaffold N50 1.3 Mb.,Sequencing depth:4X Sanger,50X solexa.Contig N50 19.8 kb,Scaffold N50 1.14 Mb.,千种动植物基因组计划,两年之内，计划完成上千种重要动植物的基因组denovo测序和核心种质资源的重测序。,详情请访问：,物种类型与研究意义：模式物种：基础生物学经济物种：分子育种珍惜物种：资源保护,De novo测序与组装策略,测序策略：各种插入片段长度组合(pair-end测序)组装算法：基于Kmer的de bruijn graph算法当前illumina reads长度已达100bp,采用大Kmer技术(63bp)提高组装效果。,物种谱系进化关系与自然选择压力研究,基因家族进化与基因拷贝数研究,生物学问题的基因组学解释,大熊猫为什么吃竹子？蚂蚁为什么具有社会行为？,同科或者同属内多个物种测序,对近亲物种进行集体研究，可以发现大量有意义的进化规律。测序成本的降低，使大规模进行物种de novo测序成为现实。当前做一个哺乳动物基因组(3Gb)的成本约为350万人民币，做一个鸟类基因组(1.2Gb)的成本约为200万人民币。华大提供打包测序优惠服务：测得越多，单个物种成本越低。,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,25,Re-sequencing,identify SNP,indel,SV,Re-sequencing.40 domesticated and wild silkworm genomes,each sequenced 3Xby illumina GA.,2008年炎黄一号：第一个中国人基因组图谱飞跃：1%10%100%,家蚕重测序项目(家养蚕29种，野生蚕11种，各测3X),蚕品种进化谱系关系,蚕基因组受人工选择压力区域(GROSS),Population structure(PCA),PCA:基于线性代数中的矩阵变换理论。蚕品系和SNP位点构成二维矩阵数据，经过PCA分析，计算出几个主要的特征向量，并且将每一个蚕品系在各特征向量上进行定位。随意选出两个特征向量及所有蚕品系在其上的坐标值，就可画出如上图。,大熊猫重测序,选取全国各区系的代表大熊猫以及博物馆中大熊猫样品约50种，每个进行6X以上全基因组测序。探查大熊猫种群的多态性，群体结构，推断种群进化历史，为大熊猫保护提供科学依据。,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,30,Integrate genomics technology into breeding,Genomic breeding:A high stage of molecular breedingMuch higher speed and accuracy,low costTowards molecular design breeding.Three methods of gene location:基于遗传图谱和作图群体(QTL)全基因组范围关联分析(case组和control组)突变体或者单片段替换系测序（与原型做比较）,31,分子育种研究中的问题,Discovery 而discovery工作完成之后，多数工作就属于Typing，既可以采用测序，也可以采用genotyping芯片。Capture+sequencing=Genotyping前者capture量的多少，相当于后者marker密度的高低。具体采用哪种方案，取决于实验需要以及所需成本。,新型分子标记图谱,De novo测序+核心种质资源重测序,得到基因组参考序列，以及种群内全部的SNP，Indel和SV多态性信息。利用多态性标记分析连锁模式，构建Haplotype图谱，挑选一套tag-site构建genetic map。如果选用SNP,可用genotyping技术来分型；如果选择长度多态性(类似于SSR标记),则可仍然使用传统的PCR+电泳技术分型。,利用测序技术对作图群体进行分型,父本：测10X,母本：测10X,杂交，产生分离群体(作图群体)，如BC1,DH,RIL等。,子代：取200个，各测0.1X，总共20X,Two steps:比较父本和母本，得到 全部SNP位点。根据map上的reads确 定SNP型,对每一个子 代进行染体片段分型。,Genome-wide Association study,35,突变体或者单片段替换系测序,用物理或者化学诱变剂得到的突变体材料突变位点弥散分布在整个基因组中，但是突变位点数很少。这时，可采用全基因组高深度测序(30X),来得到全部的突变位点，然后通过过滤筛除，得到起作用的突变位点。用多代回交方法得到的单片段替换系材料突变型与原型只有一个很小的染色体片段是不同的，而其他基因组部分都相同。在原型基因组序列已知的条件下，可通过低深度测序(0.1X)，来找到不同的那个染色体片段。,Advantages by genomic technology,37,Whole genome sequence(fine or finished map)Complete set of polymorphism markers(among large population)Fast and accurate location of phynotype-associated genes.Fast and accurate selection of wanted individuals in breeding,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,38,Static(Genome)level:De novo sequencing,assemblyRe-sequencing,mappingAction(regulation)level:Transcriptome,mRNA,small RNAMythynome and other mechanisms,39,人类甲基化组研究：2009年Science杂志评出的10大科学新闻之一,Outline,基因组研究与测序技术发展回顾华大基因(BGI)介绍De novo测序与物种研究Re-sequencing与群体研究性状基因定位与分子育种转录组、甲基化测序与基因调控研究Meta测序于共生微生物研究,44,Thanks,47,
