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 Tel: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 and design better crops,Applications through Sequencing + 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-Beijing 2001, BGI-Hangzhou 2007, BGI-Shenzhen 2009, BGI-Hongkong 2010, BGI-Wuhan 2010, BGI-Boston 2010, BGI-Copenhagen,2,2,28 Illumina/GAIIx 137 Illumina Hi-Seq 200 (2010) 2 Life Tech/SOLiD 4 +25 Life Tech/SOLiD 4 (2010) 16 AB/3730xl + 110 MegeBACEs 2 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, pure Solexa. 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 3X by 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 breeding Much higher speed and accuracy, low cost Towards 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, assembly Re-sequencing, mapping Action (regulation) level