了得網醫學_中藥資源轉錄組分析操作指南

編輯推薦

本書站在學科前沿，以原創的筆觸繫統介紹了藥用植物轉錄組的理論、技術及研究方法。全書論述了藥用植物轉錄組研究的現狀和主要技術方法，並重點探討了基於同源基因功能分的藥用植物活性成分變異機制，以及功能性ＥＳＴ-ＳＳＲ標記的概念、優勢、應用範圍等；全面介紹了藥用植物轉錄組的操作流程，包括轉錄組數據的組裝、基因克隆及表達分析、數據庫使用及生物信息學分析、ＳＳＲ標記開發等；同時，附有藥用植物與真菌轉錄組研究的鮮活參考範例。

內容簡介

本書主要介紹了分子生藥學關鍵技術方法——重要資源轉錄組的理論、技術及研究方法。全書分為三篇：篇繫統論述了藥用植物轉錄組研究的現狀和主要技術方法，並重點探討了基於同源基因功能分化的藥用植物活性成分變異機制，以及功能性EST-SSR標記的概念、優勢、應用範圍等；第二篇全面介紹了藥用植物轉錄組的操作流程，包括轉錄組數據的組裝、基因克隆及表達分析、數據庫使用及生物信息學分析、SSR標記開發等；第三篇主要介紹了藥用植物與真菌轉錄組研究的參考範例。
本書從理論、技術、實際應用的角度全面介紹了藥用植物轉錄組這一關鍵技術方法，同時提供了可操作性強的實驗指導。本書不僅可以作為醫藥院校生藥專業、中醫院校中藥專業的本科生、研究生及教師的實驗教學用書，也可作為相關科研人員的參考書。

作者簡介

黃璐琦，中國工程院院士，中國中醫科學院副院長，研究員。國家973計劃首席科學家，國家藥典委員會委員，國家生物物種保護專家委員會委員，國家中醫藥管理局中藥學學科帶頭人，主要從事中藥資源學和分子生藥學的研究。先後負責*和部局級課題20餘項。曾獲國家科學技術進步二等獎3項，國家中醫藥管理局二等獎2項、三等獎1項，北京市科技進步二等獎2項。

篇理論篇

一、中藥資源轉錄組概述3
（一）轉錄組的研究目標3
（二）轉錄組的研究方法5
（三）中藥資源轉錄組研究現狀5
（四）中藥資源轉錄組研究展望12
二、同源基因功能分化與活性成分變異機制22
（一）同源基因的正確注釋是研究藥用植物活性成分
變異的重要前提22
（二）重復基因的功能分化是形成藥用植物活性成分
變異的基礎24
（三）藥用植物基因功能分化決定其活性成分的變異26
三、功能性ESTSSR標記31篇理論篇

一、中藥資源轉錄組概述3
（一）轉錄組的研究目標3
（二）轉錄組的研究方法5
（三）中藥資源轉錄組研究現狀5
（四）中藥資源轉錄組研究展望12
二、同源基因功能分化與活性成分變異機制22
（一）同源基因的正確注釋是研究藥用植物活性成分
變異的重要前提22
（二）重復基因的功能分化是形成藥用植物活性成分
變異的基礎24
（三）藥用植物基因功能分化決定其活性成分的變異26
三、功能性ESTSSR標記31
（一）功能性ESTSSR的基本概念31
（二）功能性ESTSSR的開發流程32
（三）功能ESTSSR的優勢35
（四）功能性ESTSSR標記在中藥資源中的應用36
（五）藥用植物功能性ESTSSR標記展望38
〖〗第二篇技術篇

一、轉錄組數據的組裝43
實驗一樣品收集與保存43
實驗二RNA提取44
實驗三mRNA分離純化47
實驗四Solexa文庫制備49
實驗五上機測序53
實驗六轉錄組數據組裝59
實驗七轉錄組數據功能注釋61
二、基因克隆及表達分析64
實驗八基因克隆64
實驗九基因表達分析71
實驗十共表達分析80
三、數據庫使用及生物信息學分析84
實驗十一核酸數據庫及其使用84
實驗十二蛋白質數據庫及其使用91
實驗十三代謝數據庫及其使用96
實驗十四文獻數據庫及其使用101
實驗十五NCBI序列數據的提交104
實驗十六多序列對位排列分析109
實驗十七繫統發育分析112
實驗十八核酸序列的分析和轉換117
實驗十九基因開放閱讀框預測123
實驗二十蛋白質理化性質預測129
實驗二十一蛋白質亞細胞定位信號預測130
實驗二十二蛋白質信號肽和跨膜結構域預測132
實驗二十三蛋白質二級結構和三級結構預測135
四、 SSR標記開發139
實驗二十四SSR位點開發139
實驗二十五SSR引物設計140
實驗二十六基因組DNA提取143
實驗二十七瓊脂糖凝膠電泳145
實驗二十八非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳147
實驗二十九SSR數據統計149
實驗三十SSR數據分析155
〖〗第三篇實踐篇

一、金銀花轉錄組與質量評價標記篩選161
二、地黃根部轉錄組文庫的構建及響應連作障礙關鍵基因的
篩選174
三、比較轉錄組學和代謝組學相結合研究丹參酮生物合成分
子機制186
四、羅漢果果實轉錄組測序的研究209
五、基於轉錄組測序揭示適度干旱脅迫對甘草根基因表達的
調控222
六、基於黃芩cDNA文庫的功能ESTSSR標記開發236
七、茯苓轉錄組SSR序列特征及其功能預測255
八、川西獐牙菜（藏茵陳）轉錄組SSR信息分析268
九、厚樸MVA途徑相關基因鋻定及生物信息學分析288
十、三七香葉基香葉基焦磷酸合酶基因的克隆及表達分析301

前言

〖〗前言〖〗FOREWORD〖〗〖〗前言基因資源作為中藥資源的重要組成，已逐漸成為行業研究關注的熱點。在後基因組時代，轉錄組學作為活躍學科之一，其為基因表達、結構和功能研究提供了技術手段，是保障中藥產業現在及未來可持續發展的關鍵因素之一。
廣義的轉錄組是指生物體細胞或組織在特定狀態下所轉錄出來的所有RNA的總和。通過轉錄組分析，不但可以高通量地獲得基因表達的RNA水平有關信息，而且可以揭示基因表達與生命現像之間的內在聯繫，從而表征生命體生理活動規律，確定其代謝特性。由於不同生長時間和生長環境下，同一生物體中基因表達情況並不完全相同，進行多器官、多時期、多維度、多水平的中藥資源轉錄組研究，建立中藥資源功能基因庫，可為中藥資源種質資源評價、新品種選育、中藥材質量控制、活性成分的合成生物學等領域提供分子基礎，從而推動中藥產業的可持續發展。具體來說，通過轉錄組可以對藥用動植物基因轉錄的情況，不同個體之間的SNP差異、基因拷貝數差異、基因進化、次生代謝合成與調控、藥材性狀相關分子標記開發等進行研究，其目標包括基因功能注釋，檢測新的轉錄本、基因轉錄水平、非編碼區域（ncRNA）功能、轉錄本結構變異，SSR和SNPs標記開發等。〖〗前言〖〗FOREWORD〖〗〖〗前言基因資源作為中藥資源的重要組成，已逐漸成為行業研究關注的熱點。在後基因組時代，轉錄組學作為活躍學科之一，其為基因表達、結構和功能研究提供了技術手段，是保障中藥產業現在及未來可持續發展的關鍵因素之一。
廣義的轉錄組是指生物體細胞或組織在特定狀態下所轉錄出來的所有RNA的總和。通過轉錄組分析，不但可以高通量地獲得基因表達的RNA水平有關信息，而且可以揭示基因表達與生命現像之間的內在聯繫，從而表征生命體生理活動規律，確定其代謝特性。由於不同生長時間和生長環境下，同一生物體中基因表達情況並不完全相同，進行多器官、多時期、多維度、多水平的中藥資源轉錄組研究，建立中藥資源功能基因庫，可為中藥資源種質資源評價、新品種選育、中藥材質量控制、活性成分的合成生物學等領域提供分子基礎，從而推動中藥產業的可持續發展。具體來說，通過轉錄組可以對藥用動植物基因轉錄的情況，不同個體之間的SNP差異、基因拷貝數差異、基因進化、次生代謝合成與調控、藥材性狀相關分子標記開發等進行研究，其目標包括基因功能注釋，檢測新的轉錄本、基因轉錄水平、非編碼區域（ncRNA）功能、轉錄本結構變異，SSR和SNPs標記開發等。
2009—2014年，黃花蒿、丹參、西洋參、淫羊藿、蠍子、大麻、紫杉、狼毒、羅漢果、南方紅豆杉、三七、柴胡、水蛭、虎杖、大蒜、貫葉連翹、紅花、胡黃連、沙鼕青、何首烏、白木香、金銀花、牡丹、蛹蟲草、靈芝、貫葉連翹、紅花、沙棘、中華鱉、地黃、毛地黃、土鱉蟲、酸漿果、牡丹、黃花蒿、烏拉爾甘草、長春花、沙棘、枸杞、蘿卜、茯苓、西洋參、鼕瓜、魔芋、博落回、七葉一枝花、鐵皮石斛、人參、積雪草、鼕蟲夏草、魚腥草等藥用植物均已通過RNAseq進行了轉錄組研究，證明RNAseq在發現藥用動植物轉錄組基因和遺傳標記中非常有效。
另一方面，完成轉錄組測序僅是功能基因組研究的步，更大的挑戰在於搞清基因序列的遺傳信息與其所執行的生物學功能，對直向同源基因和共生同源基因進行正確的功能注釋，建立中藥資源基因數據庫。在基因進化理論和方法的指導下，對藥用動植物重復基因功能分化進行分析，並與活性成分種類和數量變化相結合，從分子生藥學角度揭示藥用動植物物種、部位、產地間活性成分差異的機制，為指導藥材質量控制提供理論依據。
本書是繼《中藥分子鋻定操作指南》後推出的分子生藥學繫列第二本實驗操作指南，主要包括4個部分：部分為轉錄組數據的組裝，主要介紹如何獲得基因數據，涉及7個實驗操作規程，如樣品收集和保存（實驗一）、RNA提取（實驗二）、mRNA分離純化（實驗三）、Solexa文庫制備（實驗四）、上機測序（實驗五）、轉錄組數據組裝（實驗六）、轉錄組數據功能注釋（實驗七）；第二部分為基因克隆及表達分析，主要介紹如何篩選與目的性狀相關的候選基因，涉及3個實驗操作規程，如基因克隆（實驗八）、基因表達分析（實驗九）、共表達分析（實驗十）；第三部分為數據庫使用及生物信息學分析，主要介紹利用生物信息學手段對候選基因的結構和特征進行預測，涉及核酸數據庫（實驗十一）、蛋白質數據庫（實驗十二）、代謝數據庫（實驗十三）、文獻數據庫（實驗十四）及其使用，以及9個實驗操作規程，如NCBI序列數據的提交（實驗十五）、多序列對位排列分析（實驗十六）、繫統發育分析（實驗十七）、核酸序列分析和轉換（實驗十八）、基因開放閱讀框預測（實驗十九）、蛋白質理化性質預測（實驗二十）、蛋白質亞細胞定位信號預測（實驗二十一）、蛋白質信號肽和跨膜結構域預測（實驗二十二）、蛋白質二級結構和三級結構預測（實驗二十三）；第四部分為SSR標記開發，涉及7個實驗操作規程，如SSR位點開發（實驗二十四）、SSR引物設計（實驗二十五）、基因組DNA提取（實驗二十六）、瓊脂糖凝膠電泳（實驗二十七）、非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳（實驗二十八）、SSR數據統計（實驗二十九）、SSR數據分析（實驗三十）。此外，本書還介紹了藥用植物和真菌轉錄組研究方面的實例。
希冀本書的出版，能為從事中藥學研究的科研人員和在校師生提供參考

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