基于感病杨叶样本RNA-Seq数据的4种比对软件的比较与选择文献综述

 2022-08-02 14:48:30

1.文献综述

1.1 杨树黑斑病

杨树的用途非常广泛,拥有非常高的经济价值和生态价值。但是近几年杨树栽培面积的不断扩大,杨树病害问题也随之凸显增加。杨树黑斑病是其中发病范围最广和危害严重的一种杨树叶部病害。杨树黑斑病能够致使杨树树叶大量成熟前脱落影响其光合作用,甚至导致幼树大量死亡,进而造成了严重的经济损失和生态环境破坏。

杨生褐盘二孢菌(Marssonina brunnea)是引起杨树黑斑病的主要致病菌之一,半知菌亚门(Deuteromycotina)、腔孢纲(Coelomycetes)、黑盘菌目(Melanconiales)、盘二孢属(Marssonina)。该致病菌的分布范围广,在欧洲、美洲、大洋洲以及亚洲都有发现[7]。我国的杨生褐盘二孢菌存在2种专化型,依据对杨属不同派别致病力不同及分生孢子萌发时产生的芽管数量不同划分为单芽管专化型(M. brunnea f.sp. monogermtubi)和多芽管专化型(M. brunnea f.sp. multigermtubi)。单芽管专化型,分生孢子萌发时产生一个芽管,在自然条件下以侵染白杨派树种及其杂交种为主,对黑杨派及青杨派树种致病性较低,在 PDA培养基上其菌落颜色为深褐色,产生酱红色的孢子堆。多芽管专化型分生孢子萌发时产生1~5个(通产2~3个)芽管,在自然条件下以侵染黑杨派树种及其派内杂交种和黑杨派同青杨派的杂交种为主,在PDA培养基上其菌落颜色为浅白色或浅褐色,产生黄绿色的孢子堆。两个专化型菌株之间不能发生菌丝融合,为两个独立的遗传群体。

2004年,曾燕如等构建两个杨树黑斑病的cDNA文库。2005年,张新叶基于杨树黑斑病EST序列数据完成了杨树抗黑斑病相关基因表达谱分析。2006年,美国能源部下属联合基因组中心构建第一个木本植物的基因组,毛果杨(Populus trichocarpa)的参考基因组。2008年,袁坤等(Yuan et al)在蛋白质水平研究杨树与杨生褐盘二孢菌的互作关系。2010年,程强(Cheng et al)等在缺少参考基因组信息的条件下,利用肽段序列信息获得杨生褐盘二孢菌的15个分泌蛋白的基因序列。2012年,朱嵊等(Zhu et al)利用Roche 454、Illumina和SOLiD三种二代测序平台构建杨树黑斑病致病菌——杨生褐盘二孢菌的参考基因组。

1.2 RNA-Seq

早期转录组研究依赖基于杂交为基础的基因芯片技术和以一代Sanger测序为基础的EST(Expression sequence tag)的方法。随着二代高通量测序技术的迅速发展,基于二代测序平台的RNA-seq技术已成为研究转录组的主流技术之一,它可以检测更复杂的转录组和表达水平,并且具有更高的Reads数据通量和测序仪运行时间。近年来发展的几种二代测序技术平台主要有Illumina、Roche 454和SOLiD,而且各个平台通过不断地改进平台技术来增加测序的速度、精度和通量,并且不断地降低测序成本。RNA-Seq 技术随着二代测序技术平台的飞速发展而日益成熟完善,如测序通量、测序长度、错配率、碱基配对读取能力等。目前 Illumina公司的新一代测序通量最高,单碱基成本相对最低,所以 Illumina 测序平台的 RNA-Seq 技术在国内外被广泛运用。RNA-seq 技术路线流程,其中文库构建步骤多而且繁杂。虽然近年来 Illumina 测序平台的效率一直在提高,但是其标准的建库流程 TruSeq TMRNA Sample Preparation Kit还是存在很多瓶颈,操作相对繁琐和成本相对较高等问题,这些对研究者的研究应用造成了一定的困扰。

转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的集合。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构,揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。RNA-Seq作为一种新的高效、快捷的转录组研究手段正在改变着人们对转录组的认识。RNA-Seq利用高通量测序技术对组织或细胞中所有RNA反转录而成的cDNA文库进行测序,通过统计转录本上覆盖的Reads数量计算出不同转录本(基因)的绝对表达量,从拼接出的参考转录组发现新的转录本。如果待研究物种具有一个参考基因组序列,可以利用RNA-Seq Mapping软件将RNA-Seq Reads映射(Mapping)到参考基因组,进而确定转录本位置、剪切情况等更为全面的转录信息,已广泛应用于生物学研究、医学研究、临床研究和药物研发等领域。

1.3 四款RNA-seq Mapping软件

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