防风叶绿体基因组的测序与分析文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

一、拟研究的问题

对新鲜防风叶片进行采集和全基因组的提取，通过高通量测序Illumina HiSe平台对防风的基因进行双端测序。对Raw Data进行样品质量控制，去除其中的接头序列及低质量Reads获得高质量的Clean Data。将Clean Data按参考物种的叶绿体基因组序列进行序列组装，获得了叶绿体序列组装结果。然后对叶绿体序列组装结果进行基因结构注释，标注出结构功能不同的基因并进行区域划分，制作出叶绿体的基因组图谱。并且我们将对测得的叶绿体基因进行了一些基础分析，例如：内含子分析，基因功能分析，反向重复序列的边界收缩与基因丢失情况的分析，GC含量分析，以及在伞形科中选取其他中药的叶绿体基因组与防风的叶绿体基因组进行横向对比，做聚类分析对伞形科植物的进化亲缘关系提供一定的数据支持。

1. 实验目的
2. 掌握DNA测序技术的流程与实验操作技术，掌握叶绿体DNA提取技术，PCR操作流程。
3. 对防风的叶绿体基因组进行完整测序并上传NCBI，为伞形科的植物亲缘关系分析提供数据支持。
4. 通过与伞形科其他植物叶绿体基因组的横向比对了解防风的遗传背景，以及与其他伞形科植物的异同之处。
5. 实验方法
6. 新鲜植物叶片的采集：实验室养殖防风，取其新鲜叶片50-100g,洗净待用。
7. 提取叶绿体：Percoll密度梯度离心法。
8. 叶绿体DNA的提取与纯化：SDS-蛋白酶法
9. 构建叶绿体基因组测序文库：将提取出的叶绿体基因片段化处理，经过末端补平，连接接头，片段选择，PCR扩增，再次片段选择和纯化构建文库。
10. 测序：然后利用Illumina Hiseq2000测序平台对该文库进行双端测序。
11. 组装与注释：将原始数据RAW DATA 滤除低质量reads,拼接得到较长的contigs和scaffolds，映射参考序列，利用BLAT比对原始reads连接各个片段。

四、文献综述

防风叶绿体基因组的测序与分析

【摘要】防风是一种多年生草本植物，是伞形科中历史悠久且比较著名的中药之一，主要产于河北、四川、黑龙江、内蒙古等地，以其干燥根入药。在《本草纲目》《千金方》等多本中药学著作中都有提及，防风具有镇痛，明目，发汗解表、祛风除湿的功效。国内外诸多研究表明，防风的主要有效成分为色原酮类和香豆素类，具有抗炎抑菌，抗增殖和抗氧化活性。叶绿体基因组呈经典环形四分体结构，包括大单拷贝区(LSC, large single-copy region)，小单拷贝区(SSC, small single-copy region) 和一对反向重复区域(IR, inverted repeat) 。此外，本课题也对防风的简单重复序列(SSR,simple sequence repeat) 和密码子使用偏好性等进行了分析,为该植物的进化研究提供了数据基础。我们把从NCBI (National Center for Biotechnology Information) 下载的21个伞形科植物叶绿体基因组与防风的基因进行了比较得知前胡族与防风具有较亲密的亲缘进化关系。

【关键词】 防风 叶绿体基因组

1.防风

防风作为一种历史悠久的传统中药，最早被记载于《神农本草经》中，味辛、甘，性温，具有镇痛，明目，发汗解表、祛风除湿的功效。随着国内外学者对防风的化学成分及药效的认识逐步深入，其抗增殖、抗氧化[1]、抗微生物、抗肿瘤及增强免疫[2]的药效也得到了进一步研究。防风的主要活性成分是色原酮，具有较强的抗氧化活性[3]，目前已从防风中分离出9中色原酮类成分，均为二氢吡喃色原酮以及二氢呋喃色原酮，研究表明其具有明显的镇痛、抗炎、解热及抗血小板聚集的作用[4]。而其化学成分除色原酮外主要包括香豆素类，多糖类，挥发油，有机酸和甾醇类等[5]。香豆素是一种在伞形科植物中广泛存在的杂环化合物，以苯并alpha;-吡喃酮为母核，多以羟基、羰基、异戊烯基、烷氧基等为取代基。由于其衍生物具有良好的药理活性，如抗癌、抗病毒、抗菌、抗炎症、抗氧化等，以及在可见光范围内良好的荧光性而广受关注[6]，我国学者赵博[7]等人第一次在防风中提取出一种新的香豆素类化合物并命名为防风灵。防风不仅在抗肿瘤、抗菌、解热镇痛等方面有着确切的药效，在消化系统疾病以及呼吸系统疾病乃至皮肤病等临床方面也有显著的疗效，虽然我们已经从中提取出超过120种化合物，但目前对其药效作用机制仍不十分明确，防风蕴藏的丰富药用价值等待着进一步的探索。

2.叶绿体基因组