第八章 农业类及物种专属数据库的利用 (i)

第八章 农业类及物种专属数据库的利用

(I)

生物信息学

农业类文献数据库农作物基因组数据库 家畜、家禽基因组数据库

Maps

Genetics Markers

QTLs

Sequence

Gene

Protein

Mutant

农业类数据库

农业类文献数据库

美国农业部国家农业图书馆的数据库是一个较全面的收集了农业信息的数据库

国家农业图书馆主页（ http://www.nal.usda.gov ） AGRICOLA (NAL online catalog)

动物和牲畜科学、昆虫学、植物科学、林学、水产养殖和渔业、耕作和耕种系统、农业经济学以及土地和环境科学

农业基因组数据库 农业类基因组数据库中包含了大量内容

基因或分子标记的染色体位置 形态标记连锁图 分子标记连锁图 分子标记

数量性状位点（ quantitative trait locus, QTL ） 突变体

蛋白质 其它（文献、表达谱）

果蝇 2 号染色体

Physical map （物理图谱）

Genetic map （遗传图谱）遗传图距单位： cM (centimorgan, 厘摩 )

物理图距单位： bp (base pair)

物理图谱和遗传图谱

标记

物理图谱和遗传图谱

Genetic Map Physical Map

2 km

For human genome, 1cM≈1M bp

北山经之首，曰单狐之山，多机木，其上多华草。又北二百五十里，曰求如之山，其上多玉，无草木。又北三百里，曰带山，其上多玉，其下多青碧。——《山海经》

交换重组

The distance corresponding to this 1% recombination frequency is called a centimorgan (cM).

如何确定两个标记之间的遗传距离？

分子标记（molecular marker）缩写 全 称RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism

RAPD Random Amplified Polymorphic DNA

SSR Simple Sequence Repeat

AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism

STS Sequence Tagged Site

SNP Simple Nucleotide Polymorphism

PNAS 1998,95:1971–1974

共线性（ synteny ）

（一）农作物比较基因组学分析

不同物种基因组间的比较 染色体上基因的分布 相同功能基因的序列

比较

利用模式植物分析大基因组的基因

禾本科植物比较基因组数据库

水稻（ rice ） 野生稻（ wild rice ） 大麦（ barley ） 小麦（ wheat ） 燕麦（ oat ） 黑麦（ rye ） 玉米（ maize ） 高粱（ sorghum ） 小米（ foxtail millet ） 珍珠粟（ pearl millet ）

Gramene 数据库（ http://www.gramene.org）

以一个物种基因组作模板

与其它物种基因组比较

分析方法：比较基因组分析

在 Gramene 数据库主页点击“ COMPARATIVE MAPS

”在 Gramene-CMAPs网页点击“ Maps”

在 Maps网页选择物种 (Oryza sativa) ，然后点击“ Change Species”

在打开网页选择染色体的编号，点击“ Draw selected Maps” 显示这条染色体

在更新后的网页Ref. Set 选择需要的图后点击“ Show Selected

Set’s Maps”

点击“ Map options” 中“ Map set” 的“ Add Maps left”或“ Add Maps right”

选择比较的染色体，点击“ Redraw” 显示比较图

可以继续比较新的染色体

分析方法：比较基因组分析

(Dun et al., Plant J, 2011)

在 Gramene 数据库主页点击“ Markers”

在 Markers 网页输入标记名称查找

在结果页面包含多种信息

查找分子标记信息

其它农作物数据库

大豆分子育种相关数据库，包括遗传图谱、基因、分子标记、 QTL 等信息

http://www.soybase.org/SoyBase

由美国农业部和国家农业图书馆的植物基因组计划支持的麦类作物基因组数据库

http://wheat.pw.usda.gov/GrainGenes

玉米基因组信息数据库

http://www.maizegdb.org/MaizeGDB

棉花基因组数据库http://www.cottondb.org/wwwroot/cdbhome.php

CottonDB

茄科基因组数据库http://solgenomics.net/tomato 、 potato 、 eggplant 、 pepper 、 petunia 、 coffee

芸薹属基因组数据库http://brassicadb.org/brad/index.php

Brassica database

第八章 农业类及物种专属数据库的利用

(II)

生物信息学

许多性状受多基因调控（数量性质）

数量性状位点（ quantitative trait locus, QTL ）

基因组数据库查看 QTL 信息

QTL for Meat quality traits

鉴定 QTL 基因 大通量鉴定与某一性状相关的 cDNA

cDNA 芯片分析 差减 cDNA 文库构建， cDNA 克隆测序

将差异表达的 cDNA 克隆定位在遗传连锁图上 确定染色体位置与已知 QTL 相对应的 cDNA

分析该 cDNA 的表达谱 分离克隆目标基因 基因功能互补实验

超量表达目标基因 抑制基因功能（ RNAi ）

在 Gramene数据库主页点击“ QTL”

输入 QTL 名称、性状或其他关键词 Simple search、 Power search

具体性状 QTL 目录和注释

QTL 的在染色体上的位置

检索 QTL 数据： Gramene

Database 2009,2009:bap005

查看突变体（ mutant ）信息

在 Gramene数据库主页点击“ Genes”

输入基因名称、性状或其他关键词

信息列表

基因详细信息

Knock Out, Knock In, Knock Down

NEJM 2007, 357:2426-2429

ArkDB (http://www.thearkdb.org)

（二）家畜、家禽基因组数据库

以牛的数据库为例，点击 1号染色体 ，选择 Map 类型（ Linkage Maps — MARC2004 (A) : 1 ，点击打开新页面

查看 Map介绍，点击“ Draw Map” 调出遗传连锁图

点击各分子标记，查看其详细信息

http://www.animalgenome.org/

（二）家畜、家禽基因组数据库

在数据库主页的“ Resources & Tools” 选择Animal QTLdb

在 QTL 数据库浏览QTL信息

在 QTL 数据库查询

检索 QTL 数据

不同的查询方法

结果 详细信息

http://genome.ucsc.edu/

（三） UCSC Genome Bioinformatics

各种动物的基因组注释数据 点击数据库主页的“ Genome Browser”

各个物种的基因组信息

查询基因组特定区段和关键词（结果1，结果2）

基因组浏览器（ Genome Browser ）

详细教程： http://www.nature.com/scitable/ebooks/guide-to-the-ucsc-genome-browser-16569863

第八章 农业类及物种专属数据库的利用

( 上机操作 )

生物信息学

1.熟悉各种农业类基因组数据库，重点以Gramene 、 ArkDB 和 AnimalGenome 数据库为例，掌握各种内容的查询方法。

2.查询猪 1 号染色体上的 QTL 信息。挑选其中一个说明该 QTL 与什么性状相关，及其在染色体上的位置。

3.水稻 5 号染色体上定位的标记 C1018 属于什么类型的分子标记？来源于什么组织？序列是否已知？

4. 参 照 QTL 图 谱 Oryza sativa Cornell 9024/LH422 RI QTL 1996-8 ，指出一个与RG136 连锁的 QTL ，说明该 QTL 控制什么性状，以及该分子标记邻近的分子标记名称。

5. 自学拟南芥专属数据库 TAIR（ http://www.arabidopsis.org/ ）