Next generation sequencing (NGS) technologies have led to the rapid accumulation of genome sequences through whole-genome sequencing and re-sequencing of crop species. Genomic resources provide the opportunity for a new revolution in plant breeding by facilitating the dissection of complex traits. Among vegetable crops, reference genomes have been sequenced and assembled for several species in the Solanaceae and Cucurbitaceae families, including tomato, pepper, cucumber, watermelon, and melon. These reference genomes have been leveraged for re-sequencing of diverse germplasm collections to explore genome-wide sequence variations, especially single nucleotide polymorphisms (SNPs). The use of genome-wide SNPs and high-throughput genotyping methods has led to the development of new strategies for dissecting complex quantitative traits, such as genome-wide association study (GWAS). In addition, the use of multi-parent populations, including nested association mapping (NAM) and multiparent advanced generation intercross (MAGIC) populations, has helped increase the accuracy of quantitative trait loci (QTL) detection. Consequently, a number of QTL have been discovered for agronomically important traits, such as disease resistance and fruit traits, with high mapping resolution. The molecular markers for these QTL represent a useful resource for enhancing selection efficiency via marker-assisted selection (MAS) in vegetable breeding programs. In this review, we discuss current genomic resources and marker-trait association analysis to facilitate genome-assisted breeding in vegetable species in the Solanaceae and Cucurbitaceae families.
Plant breeders have focused on improving plant architecture as an effective means to increase crop yield. Here, we identify the main-effect quantitative trait loci (QTLs) for plant shape-related traits in rice (Oryza sativa) and find candidate genes by applying whole genome re-sequencing of two parental cultivars using next-generation sequencing. To identify QTLs influencing plant shape, we analyzed six traits: plant height, tiller number, panicle diameter, panicle length, flag leaf length, and flag leaf width. We performed QTL analysis with 178 $F_7$ recombinant inbred lines (RILs) from a cross of japonica rice line 'SNU-SG1' and indica rice line 'Milyang23'. Using 131 molecular markers, including 28 insertion/deletion markers, we identified 11 main- and 16 minor-effect QTLs for the six traits with a threshold LOD value > 2.8. Our sequence analysis identified fifty-four candidate genes for the main-effect QTLs. By further comparison of coding sequences and meta-expression profiles between japonica and indica rice varieties, we finally chose 15 strong candidate genes for the 11 main-effect QTLs. Our study shows that the whole-genome sequence data substantially enhanced the efficiency of polymorphic marker development for QTL fine-mapping and the identification of possible candidate genes. This yields useful genetic resources for breeding high-yielding rice cultivars with improved plant architecture.
Accurate detection of genomic alterations, especially druggable hotspot mutations in tumors, has become an essential part of precision medicine. With targeted sequencing, we can obtain deeper coverage of reads and handle data more easily with a relatively lower cost and less time than whole-exome or whole-genome sequencing. Recently, we designed a customized gene panel for targeted sequencing of major solid cancers. In this study, we aimed to validate its performance. The cancer panel targets 95 cancer-related genes. In terms of the limit of detection, more than 86% of target mutations with a mutant allele frequency (MAF) <1% can be identified, and any mutation with >3% MAF can be detected. When we applied this system for the analysis of Acrometrix Oncology Hotspot Control DNA, which contains more than 500 COSMIC mutations across 53 genes, 99% of the expected mutations were robustly detected. We also confirmed the high reproducibility of the detection of mutations in multiple independent analyses. When we explored copy number alterations (CNAs), the expected CNAs were successfully detected, and this result was confirmed by target-specific genomic quantitative polymerase chain reaction. Taken together, these results support the reliability and accuracy of our cancer panel in detecting mutations. This panel could be useful for key mutation profiling research in solid tumors and clinical translation.
닭은 인간에게 계란과 닭고기를 공급하는 중요한 동물임과 동시에 발생학적, 비교 유전학적으로 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 2004년 발표된 닭의 genome sequencing이후 닭의 유전체 연구에 많은 변화가 일어났다. 본 논문은 그동안 닭의 유전체 연구에 사용된 기초 집단 등 닭 유전체 연구의 재료 현황 및 연구 현황을 재조명하여 봄으로서 앞으로 닭 유전체 연구의 방향을 설정하는데 도움을 주고자 작성하였다.
Cell-to-cell variability in gene expression exists even in a homogeneous population of cells. Dissecting such cellular heterogeneity within a biological system is a prerequisite for understanding how a biological system is developed, homeostatically regulated, and responds to external perturbations. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) allows the quantitative and unbiased characterization of cellular heterogeneity by providing genome-wide molecular profiles from tens of thousands of individual cells. A major question in analyzing scRNA-seq data is how to account for the observed cell-to-cell variability. In this review, we provide an overview of scRNA-seq protocols, computational approaches for dissecting cellular heterogeneity, and future directions of single-cell transcriptomic analysis.
Next generation sequencing (NGS), a high-throughput DNA sequencing technology, is widely used for molecular biological studies. In NGS, RNA-sequencing (RNA-Seq), which is a short-read massively parallel sequencing, is a major quantitative transcriptome tool for different transcriptome studies. To utilize the RNA-Seq data, various quantification and analysis methods have been developed to solve specific research goals, including identification of differentially expressed genes and detection of novel transcripts. Because of the accumulation of RNA-Seq data in the public databases, there is a demand for integrative analysis. However, the available RNA-Seq data are stored in different formats such as read count, transcripts per million, and fragments per kilobase million. This hinders the integrative analysis of the RNA-Seq data. To solve this problem, we have developed a web-based application using Shiny, COEX-seq (Convert a Variety of Measurements of Gene Expression in RNA-Seq) that easily converts data in a variety of measurement formats of gene expression used in most bioinformatic tools for RNA-Seq. It provides a workflow that includes loading data set, selecting measurement formats of gene expression, and identifying gene names. COEX-seq is freely available for academic purposes and can be run on Windows, Mac OS, and Linux operating systems. Source code, sample data sets, and supplementary documentation are available as well.
This study presents a novel DNA part characterization technique that increases throughput by combinatorial DNA part assembly, solid plate-based quantitative fluorescence assay for phenotyping, and barcode tagging-based long-read sequencing for genotyping. We confirmed that the fluorescence intensities of colonies on plates were comparable to fluorescence at the single-cell level from a high-end, flow-cytometry device and developed a high-throughput image analysis pipeline. The barcode tagging-based long-read sequencing technique enabled rapid identification of all DNA parts and their combinations with a single sequencing experiment. Using our techniques, forty-four DNA parts (21 promoters and 23 RBSs) were successfully characterized in 72 h without any automated equipment. We anticipate that this high-throughput and easy-to-use part characterization technique will contribute to increasing part diversity and be useful for building genetic circuits and metabolic pathways in synthetic biology.
Studying biological networks, such as protein-protein interactions, is key to understanding complex biological activities. Various types of large-scale biological datasets have been collected and analyzed with high-throughput technologies, including DNA microarray, next-generation sequencing, and the two-hybrid screening system, for this purpose. In this review, we focus on network-based approaches that help in understanding biological systems and identifying biological functions. Accordingly, this paper covers two major topics in network biology: reconstruction of gene regulatory networks and network-based applications, including protein function prediction, disease gene prioritization, and network-based genome-wide association study.
본 연구에서는 한국산과 중국산 새꼬막(Scapharca subcrenata) 사이의 원산지 판별을 위하여 quantitative real-time PCR (qPCR) 분석을 기반으로 하는 Single-nucleotide polymorphism (SNP) 마커의 primer set를 개발 및 검증하였다. 총 180개의 새꼬막 sample을 genotyping by sequencing으로 분석하여 원산지 판별에 유용할 것이라 판단되는 7개의 후보 MS 마커와 15개의 후보 SNP 마커를 선정하였다. 후보 SNP 마커는 PCR과 sanger sequencing, SYBR green-based qPCR을 통해 원산지별 분리 여부를 확인하였다. 이 중 Insertion 1, SNP 21 마커가 qPCR 증폭 양상에서 집단이 확연히 분리되었으며 예상과 실제 증폭 형태가 일치하였다. 추가적으로 새꼬막을 무작위로 섞어서 진행한 blind test에서 Insertion 1은 새꼬막 100개에 대하여 74%의 정확도, 52%의 민감도, 96%의 특이도를 보였고, SNP 21은 새꼬막 137개에 대하여 86%의 정확도, 79%의 민감도, 93%의 특이도를 보였다. 따라서 개발된 두 개의 SNP 마커는 독립적 또는 복합적으로 사용하면 새꼬막 원산지 판별의 진위 여부를 검증하는 데 유용할 것으로 기대된다.
Kamal, Abu Hena Mostafa;Choi, Jong-Soon;Cho, Yong-Gu;Kim, Hong-Sig;Song, Beom-Heon;Lee, Chul-Won;Woo, Sun-Hee
Journal of Plant Biotechnology
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제37권2호
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pp.196-204
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2010
With the completion of genome sequencing of several organisms, attention has been focused to determine the function and functional network of proteins by proteome analysis. The recent techniques of proteomics have been advanced quickly so that the high-throughput and systematic analyses of cellular proteins are enabled in combination with bioinformatics tools. Furthermore, the development of proteomic techniques helps to elucidate the functions of proteins under stress or diseased condition, resulting in the discovery of biomarkers responsible for the biological stimuli. Ultimate goal of proteomics orients toward the entire proteome of life, subcellular localization, biochemical activities, and their regulation. Comprehensive analysis strategies of proteomics can be classified as three categories: (i) protein separation by 2-dimensional gel electrophoresis (2-DE) or liquid chromatography (LC), (ii) protein identification by either Edman sequencing or mass spectrometry (MS), and (iii) quanitation of proteome. Currently MS-based proteomics turns shiftly from qualitative proteome analysis by 2-DE or 2D-LC coupled with off-line matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) and on-line electrospray ionization (ESI) MS, respectively, to quantitative proteome analysis. Some new techniques which include top-down mass spectrometry and tandem affinity purification have emerged. The in vitro quantitative proteomic techniques include differential gel electrophoresis with fluorescence dyes, protein-labeling tagging with isotope-coded affinity tag, and peptide-labeling tagging with isobaric tags for relative and absolute quantitation. In addition, stable isotope labeled amino acid can be in vivo labeled into live culture cells through metabolic incorporation. MS-based proteomics extends to detect the phosphopeptide mapping of biologically crucial protein known as one of post-translational modification. These complementary proteomic techniques contribute to not only the understanding of basic biological function but also the application to the applied sciences for industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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