Applications of next generation sequencing in molecular ecology of non-model organisms

doi:10.1038/hdy.2010.152

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.2011年7月；107(1):1-15.

doi:10.1038/hdy.2010.152。 Epub 2010年12月8日。

下一代测序在非模式生物分子生态学中的应用

R Ekblom公司¹, J加林多

附属公司

PMID： 21139633
预防性维修识别码： PMC3186121型
内政部： 10.1038/hdy.2010.152

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下一代测序在非模式生物分子生态学中的应用

R Ekblom公司等人。遗传（爱丁堡）. 2011年7月.

.2011年7月；107(1):1-15.

doi:10.1038/天.2010.152。 Epub 2010年12月8日。

作者

R Ekblom公司¹, J加林多

附属

¹英国谢菲尔德大学动植物科学系。robert.ekblom@ebc.uu.se

PMID： 21139633
预防性维修识别码： PMC3186121型
内政部： 10.1038/hdy.2010.152

摘要

正如大多数生物学家可能知道的那样，过去几年分子生物学的技术进步为以合理的成本从非模式生物中快速生成大规模测序数据提供了可能性。在一个几乎任何研究生物都可以“进入基因组”的时代，有必要回顾一下这可能如何影响分子生态学。2007年和2008年初，首次发表了将下一代测序（NGS）应用于没有先前基因组信息的生态特征良好物种的测试研究。自那时以来，有几项研究紧随其后，无疑有大量研究正在进行中。这篇综述的重点是NGS是如何应用于没有（或非常有限）基因组资源的非模式物种的生态、种群遗传和保护遗传学研究的。我们的目的是提请人们注意使用新技术带来的各种可能性，但我们也强调了这些方法的一些缺陷和缺点。我们将尝试为这一快速发展和不断扩大的研究领域提供最新技术的概况，并为未来的发展提供一些可能的方向。

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图1
展示NGS在分子生态学中从样品到应用的工作流程的方案。我们考虑了三种不同的遗传变异来源，如图中圆圈所示，并用不同的背景阴影表示：基因组（浅灰色）、转录组（白色）和表观基因组（灰色）。基因组DNA（gDNA）、线粒体或叶绿体DNA（mtDNA、cpDNA）、载体（例如BAC）、mRNA、非编码小RNA或基因组靶区（靶DNA）是被视为起始材料的样本（用粗圆圈标记）。在表示NGS的灰色虚线方框中显示了排序之前或期间可以执行的不同步骤。例如，gDNA样本可用于生成简化表示文库（RRL），这些文库可直接测序或用于生成S-RAD标记（测序限制位点相关DNA）。靶向DNA可以通过几种不同的方式生成：PCR通过扩增子测序、微滴PCR结合RainStorm（RainDance Technologies，马萨诸塞州列克星敦，美国）或通过序列捕获（NimbleGen，罗氏；SureSelect，安捷伦科技）。mRNA可以用于基因表达的深度序列分析（SAGE）方法，或者可以进行RNA-seq。gDNA还可以通过ChIP-seq用于DNA-蛋白质相互作用的表观遗传学研究，或通过BS-seq（高通量亚硫酸氢盐测序）研究甲基化模式。NGS的主要应用（位于灰点“NGS”方框外）包括基因调控、表达、转录组特征、分子标记（SNP、微卫星、InDels）开发、核苷酸分析和基因组组装。这些主要应用中的每一个都可以进一步划分为分子生态学的许多有趣领域（亲缘关系分析、QTL定位等）。一个例外情况是使用S-RAD标记，可以直接用于绘图研究，而无需对新开发的分子标记进行基因分型。

图2
cDNA文库标准化和总RNA中核糖体RNA（rRNA）的缺失(一)琼脂糖凝胶显示归一化前后相同的双链cDNA样本。标准化降低了高丰度转录物的流行率（在非标准化样品中被视为独特的条带），并使cDNA文库中的mRNA浓度相等。这将增加覆盖的基因数量，但除非测序数量高，否则完全覆盖的基因将更少。归一化因此增加了大多数测序转录本的覆盖范围。标准化cDNA文库中的基因发现率也有所提高，增强了稀有转录物的鉴定和分析（Cheung等。, 2006). Bogdanova综述了几种归一化方法等。（2009），但双专一核酸酶（DSN）归一化（朱利多夫等。（2004）近年来得到了广泛应用。(b条)使用Agilent 2100生物分析仪（Agilent Technologies）分析RNA，使用合并的RNA样本和核糖体RNA（rRNA）去除后的相同样本，使用RiboMinus RNA-seq试剂盒（Invitrogen）。浓度以荧光单位（FU）和碱基对大小（核苷酸，nt）表示。请注意年轴，这是由于耗尽样品中18s rRNA的数量减少。

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