基因组研究-鸟兽学会-华大基因-樊伟-20101016

基因组研究樊 伟 ， Fan W Tel:eptember 27, 2010Outlinel 基因组研究与测序技术发展回顾l 华大基因 (BGI)介绍l De novo测序与物种研究l Re-sequencing与群体研究l 性状基因定位与分子育种l 转录组、甲基化测序与基因调控研究l 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测 序技术 测 序原理 代表 测 序 仪 器 上市 时间Read读长 (bp)测 序速度及成本（人基因 组 ）第一代Sanger测 序法：PCR+电 泳 AB 3730 1981年 500花 30亿 美元，用 10年时间第二代边 合成 边测 序， clone扩 增 illumina GA 2007年 100花 1万美元，用 1个星期第三代单 分子 (DNA聚合、 钻纳 米孔 ) PacBio2011年初 (预计 ) 1000预计 大 规 模 应 用 还需三年 时间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。whole genome sequencingBAC/fosmid/plasmidPCR candidate region sequencingwhole genome resequencingCNVs, SNPs identifying, genotypingcandidate region resequencingProtein-DNAChIP on SequencingMetagenomicsDNA methylation, Study generegulationmRNA, ncRNA, small RNA, micro RNA, regulatory RNAGene expressionFind geneswhole transcriptom shotgunApplications throughSequencing + BioinformaticsOutlinel 基因组研究与测序技术发展回顾l 华大基因 (BGI)介绍l De novo测序与物种研究l Re-sequencing与群体研究l 性状基因定位与分子育种l 转录组、甲基化测序与基因调控研究l 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-Copenhagen2 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）# CPUS Flops RAM Storage2009.01 1,500 18T 4TB 2PB2009.08 3,000 50T 10TB 5PB2009.12 5,000 100T 20TB 10PB2010.09 50,000 1,000T (1P) 200TB1,000PB(1EB)2008-2010华大近年来主要科学成果BGI - Premier Scientific PartnerOutlinel 基因组研究与测序技术发展回顾l 华大基因 (BGI)介绍l De novo测序与物种研究l Re-sequencing与群体研究l 性状基因定位与分子育种l 转录组、甲基化测序与基因调控研究l Meta测序于共生微生物研究17Cucumber genome. Nature Genetics 2009Short read assembly: de bruijn graph algorithm2009. Sequencing depth 60X, pureSolexa.Contig N50 40 kb, Scaffold N50 1.3 Mb.2009. 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l 测序策略：各种插入片段长度组合 (pair-end测序 )l 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。Insert Size (bp) Read length (bp) Sequence coverage depth(X)200 100 22500 100 202000 50 105000 50 510000 50 3Total 50100 60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l 大熊猫为什么吃竹子？l 蚂蚁为什么具有社会行为？同科或者同属内多个物种测序l 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。l 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。l 华大提供打包测序优惠服务：测得越多，单个物种成本越低。Outlinel 基因组研究与测序技术发展回顾l 华大基因 (BGI)介绍l De novo测序与物种研究l Re-sequencing与群体研究l 性状基因定位与分子育种l 转录组、甲基化测序与基因调控研究l Meta测序于共生微生物研究25Re-sequencing, identify SNP, indel, SV2009. Re-sequencing.40 domesticated and wild silkworm genomes,each sequenced 3Xby illumina GA.l 2008年l 炎黄一号：第一个中国人基因组图谱l 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l 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 5