中试阶段/n成果简介：华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室水稻研究团队多年来逐渐形成了水稻功能基因组研究和绿色超级稻新品种培育两大特色领域。（1）水稻功能基因组研究的目标是破译基因组“天书”，大规模发掘重要的功能基因及调控元件，弄清控制重要农艺性状的分子网络，实现利用现代生物技术提升我国传统农业。构建了水稻功能基因组研究的技术和平台，包括大量作图群体和创新种质、T-DNA插入突变体库，全基因组表达谱，籼稻全长cDNA文库、本地化生物学信息平台。以水稻高产、优质、抗病、抗逆和营养高效利用等重要农艺性

几乎所有高等动物都是二倍体，即生物拥有分别来自父本和母本的两套基因组。人类的二倍体基因组一般以形态、结构基本相同的同源染色体呈现。因为同源染色体序列高度相似，常见研究一般不区分同源染色体的父本和母本。这样研究得到的结果是这两套基因组的均值，忽略了同源染色体间的差异。同时，没有同源染色体相互作用信息就无法构建真正的三维基因组，无法研究其对基因表达的影响。该研究利用远亲杂交产生后代携带大量杂合位点的优势来区分同源染色体的父本和母本。

我校生命科学学院钟伯坚教授研究组联合自然资源部第一海洋研究所等科研单位，对南极海冰生态系统特有的南极衣藻进行了基因组适应性进化研究，为理解南极植物适应极端环境的分子机制提供崭新的思路。 该研究利用三代PacBio测序、二代Illumina测序、10× Genomics和高通量染色体构象捕获技术（Hi-C）获得了南极衣藻高质量的全基因组序列，其基因组总长度为541.86Mb（Scaffold N50达到19.23Mb）。南极衣藻基因组是目前已知最大的绿藻基因组，其基因数目也是绿藻基因组中最多的，共编码19870个基因。基因组结构分析发现重复序列占其基因组序列的63.78%，重复序列含量为已发表绿藻基因组中最高。转座元件（TE）是基因组重复序列的主要组成部分，占整个基因组序列的40.67%。分析表明南极衣藻的反转录转座子发生了明显的扩张，是造成其基因组增大的主要原因。 本研究估算了南极衣藻的分化时间大约为34个百万年，与德雷克海峡开放导致南极极端低温形成的时期一致，推测南极衣藻的起源与南极极端低温的形成有关。研究发现南极衣藻通过水平基因转移的方式获得了冰结合蛋白，该蛋白可以与小的冰晶结合，具有抑制冰结晶和生长的功能。通过进一步的功能实验证实了南极衣藻中的冰结合蛋白具有提高生物抗冻能力的作用。因此，推测冰结合蛋白的获得对南极衣藻避免冰冻损伤和适应海冰中极端低温的环境十分重要。

哺乳动物的胸椎数决定肋骨数，肋骨数是养猪生产中的重要经济性状。除猪和羊外，几乎所有哺乳动物的脊椎数都是固定的，目前主流的杜洛克、长白、大白猪种的肋骨数变异明显，通常是14-16根，每增加一根肋骨，100Kg商品猪体长增加200px，产肉量增加1%以上。因此，肋骨数的选育改良具有重大的经济价值。 项目组在猪7号染色体上鉴别到影响效应大1根肋骨的基因关键变异位点，由此创建了新型的种猪肋骨数增加基因育种新技术，申请并获得国家发明专利一项，代表性论文发表于国际知名在线学术期刊PLoS one(2013,8:e20534)。

该研究揭示新型冠状病毒（2019-nCoV）的基因组序列与SARS-CoV的差异很大，可以被认为是一种新型的人类感染性乙型冠状病毒。不过该病毒的原始宿主与SARS-CoV相同，都是蝙蝠。研究发现新型冠状病毒进入人类细胞所使用的分子“通道”，即人类的受体，可能也与SARS病毒相同，都是血管紧张素转化酶2（ACE2）。 山东大学该研究在取自患者的全部10份基因样本中均发现了2019-nCoV，包括8个完整基因组和2个部分基因组。各样本的基因序列几乎完全相同（超过99.98%的基因序列相同），这表明该病毒是最近才侵染人类。

通过比较基因组和进化基因组学分析发现：Aigarchaeota和Thaumarchaeota由共同祖先分化形成，其祖先早期共同生存于高温环境中，至今生存于高温热泉中的Thaumarchaeota与Aigarchaeota仍呈现较高的功能相似性。它们的共同祖先共享1154个基因家族，其数目甚至超过现存Aigarchaeota基因家族数目，表明二者祖先的高度相似性。广为人知的Thaumarchaeota早期并无氨氧化能力，而是后期于高温生境中进化所得，随后Thaumarchaeota扩散至海洋生境中，由于海洋生境中氮源的匮乏，因此Thaumarchaeota展现出独特的竞争优势，而被保留于海洋生境中，从而实现高温氨氧化古菌向中温环境的转变。       本研究通过重构未培养古菌类群Aigarchaeota基因组信息，揭示其潜在的代谢潜能及其遗传多样性获得机制，并结合数据库中已有Thaumarchaeota和Aigarchaeota基因组进行比较基因组学和进化基因组学分析，勾勒出这两个近缘支系的演化历史场景，指出古菌类群 Thaumarchaeota和Aigarchaeota的共同祖先起源于高温生境，频繁的水平基因转移极大地提升了两者对各自生境的适应性，该研究极大地促进了我们对古老且神秘的古菌支系的认知。

 三疣梭子蟹基因组图谱     唐伯平供图虾蟹类基因组是公认的高复杂基因组，要获得高质量的基因组有着很多困难。近日，由盐城师范学院江苏省盐土生物资源研究重点实验室教授唐伯平课题组牵头的中外合作团队，第一次获得了我国重要淡水和海水经济蟹类中华绒螯蟹和三疣梭子蟹的高质量基因组图谱，并分别在线发表于GigaScience和《遗传学前沿》。三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）是我国沿海大型的海洋经济蟹类，我国每年捕捞量在55万吨左右。唐伯平团队获得的三疣梭子蟹基因组大小为1.00Gb，片段重叠群N50的长度为 4.12Mb，被注释到16796个蛋白编码基因，其基因组的完整性为94.7%，整个基因组的重复序列是54.52%。科研人员鉴定出三疣梭子蟹染色体为50对，装配率为97.80%，Hi-C的N50为21.79Mb。这是一个高质量、相当完整的染色体水平基因组，也是蟹类研究中第一次通过分子生物学的方法精确地对蟹类染色体数目进行鉴定。 三疣梭子蟹    唐伯平供图中华绒螯蟹（Eriocheir japonica sinensis）俗称河蟹，是世界上最重要的淡水经济蟹类，目前我国每年河蟹产量为80万吨左右。研究人员获得的中华绒螯蟹基因组大小为1.27Gb，Contig序列N50为3.19Mb，且其GC含量为43%，高于其他节肢动物。BUSCO评估其完整性为94.00%，重复序列在基因组中占61.42%，被功能注释蛋白编码基因22619个。 中华绒螯蟹   唐伯平供图唐伯平团队对甲壳动物中华绒螯蟹、三疣梭子蟹、凡纳滨对虾，昆虫埃及伊蚊、黑腹果蝇、偏瞳蔽眼蝶、蜘蛛等7种节肢动物基因家系展开进一步研究发现，它们共有15503个基因家系，其中8832个基因家系为共有家系，328个和544个基因家系分别唯一存在于三疣梭子蟹和中华绒螯蟹中。在这7种节肢动物中，虾蟹相对进化速率最小，其中对虾进化速度最慢，其次是绒螯蟹和梭子蟹。“相对于昆虫，虾蟹类进化较慢，可能是它们生活的环境相对于昆虫更加稳定。”唐伯平说。 虾蟹系统演化关系和相对进化速率图     唐伯平供图另一个有趣的发现是，虾蟹与昆虫的分化以及螃蟹和对虾的分化几乎是同时发生在4.3亿年左右的志留纪。同属于短尾类的中华绒螯蟹和三疣梭子蟹的分化时间则相对较晚，大约是在1.8亿年前的侏罗纪。我国同时获得1种海洋和1种淡水重要经济蟹类高质量的基因组图谱，将为蟹类和甲壳动物的研究提供重要的理论基础和数据支撑，同时也为经济蟹类育种、养殖和疾病防控工作提供重要的基础平台。相关论文信息：https://doi.org/10.1093/gigascience/giz161https://doi.org/10.3389/fgene.2019.01340

发展了国际领先的完整的单细胞高通量测序技术体系，将其创造性地应用于人类发育生物学和生殖生物学的前沿研究，并进一步在深入的基础研究基础上推广到临床应用上，使我国胚胎植入前遗传诊断技术处于世界领先水平。

本发明提供的一种鱼肠道微生物宏基因组总DNA的提取方法及试剂盒，其包括：(1)鱼样品取样及鱼体表微生物固定处理；(2)肠道微生物的获取及菌体的收集；(3)细胞的包埋与裂解；(4)DNA的提取；(5)DNA保存。试剂盒主要成分：溶液A：为Tris、EDTA的混合溶液；B为Tris、EDTA、NaCl、PVP、异硫氰酸胍、Triton?X100、PMSF、β?巯基乙醇的混合溶液；C为Tris、EDTA、NaCl和DTT的混合溶液；溶液D为蛋白酶K、溶菌酶、Tris、NaCl、SDS的混合溶液；E为Tris饱和酚和氯仿混合液；F为异丙醇；G为乙醇水溶液。本发明得到的DNA片段纯度高，宿主及宿主体表微生物DNA含量少。