高通量测序或第二代测序（next-generation sequencing， NGS）技术已被广泛地应用于动植物基因组学研究并对其产生了深刻影响.该文总结了NGS在棉花基因组测序、转录组分析、微小RNA和单核苷酸多态性鉴定等方面的应用研究进展，并对NGS在棉花基因组学和遗传育种中的应用前景作了展望.NGS在棉花中的应用对其他多倍体作物的类似研究具有参考和指导意义，但其更广泛和有效的应用有赖于简便、高效生物信息学方法的开发和利用.

在植物和动物中存在着大量非编码小RNA，它们通过对靶标mRNA直接切割或在转录后抑制其翻译对基因表达起调控作用.本文主要综述了该领域在以下2方面的研究进展.1）微RNA（miRNA）介导的具有相位排列的小干扰RNA（phasiRNA）：由miRNA介导的phasiRNA可由编码和非编码位点产生；介绍了phasiRNA产生的模式特征，以及phasiRNA和miRNA的进化机制.2）介绍了最近出现的内源miRNA诱捕靶标(endogenous target mimics，eTMs)研究进展，包括利用人工诱捕靶标检验miRNA的功能，通过生物信息学方法在全基因组水平计算识别eTMs等.

基因组学研究的主要目标是剖析复杂性状和疾病的遗传结构。数量性状位点(quantitative trait locus，QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study，GWAS)已经应用于遗传育种和药物研制，分析复杂性状和复杂疾病的遗传结构。本文回顾了分析复杂性状和复杂疾病的QTL定位和GWAS的作图方法和软件。PLINK，TASSEL，SNPassoc，GenABEL和ProbABEL是流行的软件，为GWAS提供了许多有用的功能。PLINK是目前最流行的开源全基因组关联分析的工具集，它聚合了用于分析SNP数据的许多功能。TASSEL是另一种流行的软件，整合了Q+K关联分析的诸多方法。SNPassoc、GenABEL和ProbABEL是应用于关联分析的开源代码R软件包。本文对上述提及的GWAS关联分析流行软件作了简要介绍，并介绍了新研制的QTXNetwork分析软件，它可分析QTL和GWAS定位数量性状SNP(QTS)、数量性状转录子(QTT)、数量性状蛋白子(QTP)和数量性状代谢子(QTM)。本文还介绍了一些常用的分析软件，例如Windows QTL Cartographer，QTL Express，Map Manager QTX，R/qtl和QTLNetwork。

目前，遗传连锁图谱构建主要基于两纯系亲本交配的衍生群体，存在遗传多样性不足等局限，不适合于烟草等基因组多样性较低的物种，因为往往没有足够的多态性标记可用于图谱的构图，稀疏的标记图谱很难有效用于标记辅助选择及基因定位.本研究提出了基于四交群体的遗传图谱构建方法，通过计算机模拟验证了该方法的可行性和有效性，研制了配套的计算机分析程序.该方法的主要步骤及特点如下：1）基于最大似然法估计成对标记间的遗传距离；2）基于标记距离矩阵进行聚类分析，将标记分成不同的类群（连锁群）；3）对每一连锁群，先确定连锁群两端的标记，再通过3标记间遗传距离的比较，将其他标记逐步插入到合适的排列位置，最终确定整个连锁群的标记顺序.蒙特卡洛模拟证实了该方法可行、有效，且适用于其他2个自交系亲本交配的衍生群体.

为了优化叶绿体基因组DNA序列的获取和拼接方法，以东乡野生稻（Oryza rufipogon）嫩绿叶为材料，不需分离叶绿体DNA，利用高通量测序获得的全基因组短序列及叶绿体基因组高度保守的特性，与参考序列进行比对，从而组装拼接出叶绿体DNA序列，并同时利用生物信息学手段和聚合酶链反应扩增进行补洞。最终获得东乡野生稻完整叶绿体基因组序列，大小为134 537 bp，大、小单拷贝区和反向互补重复区大小分别为80 585 bp，12 346 bp，20 803 bp，共注释叶绿体基因152个。基于获取的东乡野生稻及其他稻属物种叶绿体基因组序列进行系统进化分析，研究结果支持已有的关于栽培籼粳稻起源的结论，即栽培籼粳稻分别与野生稻聚类到2个亚群中，其中粳稻与中国普通野生稻聚在1个亚群中，表明粳稻驯化起源于中国，而籼稻起源于另外一次独立驯化过程。

利用高通量测序技术对中国茶树品种“龙井43”叶绿体基因组的全序列进行测定，拼接补洞后再利用Sanger测序法对序列进行验证，最终得到“龙井43”叶绿体基因组全序列(GenBank登录号:KF562708.1)。该基因组大小为157 085 bp，其中大单拷贝区的长度为86 642 bp，小单拷贝区的长度为18 283 bp，反向重复区的长度为26 080 bp，共注释叶绿体基因134个。与韩国茶树品种叶绿体基因组序列比对，在编码区发现15个基因发生了非同义突变，在非编码区有100多个多态性位点，这些突变可作为茶树品种鉴定的DNA标记。同时，选取12个中国茶树品种，对其叶绿体基因组上的特异性片段(ycf1，psbA-trnH，psbK-psbI-psbI)进行测序比对并构建系统进化树。结果表明：12个茶树品种在进化树上分为2个亚群，其中“凌云白毛茶”单独形成一支，其他11个品种形成一支;而11个品种中，“龙井瓜子”“龙井长叶”“龙井圆叶”“中茶102”形成一支，自展支持率为100%.表明利用叶绿体基因片段可有效区分茶树品种间的亲缘关系.

1秒呼出气体体积（forced expiratory volume in one second，FEV1）与最大肺活量（forced vital capacity，FVC）是肺部活动的重要指标.FEV1/FVC指数是诊断肺部疾病的重要指标，与基因、性别、吸烟和空气污染有关.本文基于dbGaP数据库下载的不同民族人群疾病性状基因组和表现型数据，运用我们提出的混合线性模型方法和关联分析软件QTXNetwork，对FEV1/FVC指数的遗传变异进行了全基因组关联分析.在561 467个单核苷酸多态性中，发现12个显著的数量性状SNPs (quantitative trait with single nucleotide polymorphisms，QTSs)，并运用我们研制的BiopubInfo搜索工具验证了每个QTS的基因功能及其与肺功能之间的关系.结果表明：基因STIM2和MRE11A（PEW值<1×10-5）与慢性阻塞性肺病高度关联；基因APOL3（PEW值<1×10-5）的影响因不同性别而异，以往的研究也检测到该基因与吸烟的关联；基因MRE11A和DNAJC15与肺腺癌存在关联，这是慢性阻塞性肺病的严重并发症.检测到显著的基因上位性效应,揭示了控制复杂性状基因功能的多效性；遗传关联结果揭示了遗传效应与环境因素的关系，为检测和治疗慢性阻塞性肺病和其他呼吸系统疾病提供了潜在新途径.

采用基于混合线性模型的关联分析方法，检测了身体质量指数（BMI）的相关基因及其相互作用，分析了吸烟和性别对身体质量指数的影响。研究的基因型和表型数据取自慢性阻塞性肺病研究数据库。结果检测到与身体质量指数有关的20个基因以及2对上位性基因，并发现了受吸烟影响及与性别有关的特定基因及其作用方式。检测到与吸烟无关的9个基因，对BMI有较大影响（遗传率为31.23%），并且影响肥胖、糖尿病等7种疾病。吸烟导致的5个基因都能增加BMI，但并不导致肥胖、糖尿病等疾病。生物信息学分析揭示了与身体质量指数相关的基因存在复杂的遗传网络。研究结果表明，吸烟等生活行为的个性化检测对肥胖等复杂疾病的预防及治疗至关重要。

慢性阻塞性肺病作为人类第四大疾病，它的遗传倾向和性别影响一直是热门话题，而吸烟被认为是肺疾病的主要危险因素。本文基于从dbGaP下载的数据，运用我们提出的混合线性模型方法和关联分析软件QTLNetwork，分析了慢性阻塞性肺病复杂性状的遗传变异。运用全基因组关联条件定位的方法，检测到与吸烟无关的8个基因(CSMD1，CAPN8，TNS1，LOC643037，LRFN2，DGKH，FOXL1，DNAH11)、被吸烟诱导的6个基因(CSMD1，CNTNAP5，DGKH，MACROD2，CNIH3，DNAH11)和被吸烟抑制的5个基因(GSDMC，DGKH，LINC00426，METTL4，BMP2)及1对上位基因(CSMD1，LOC643037)。其中，具有显著的高遗传性的基因有TNS1，DGKH，MACROD2，CNIH3，LINC00426,METTL4和GSDMC。讨论了吸烟及性别对SGRQ疾病基因表达的影响。

为有效地研究烟草遗传多样性和筛选潜在的繁殖材料，以贵州省烟草科学研究院805份烟草种质为实验材料，分别在贵州省金沙和福泉2个试验点进行多点田间试验，并采用混合线性模型预测12个农艺性状的基因型效应值，以构建烟草的核心种质库并研究其遗传多样性。结果表明，待预测的12个农艺性状中，11个性状有显著的基因型效应，10个性状有显著的基因型与环境互作效应。利用预测的基因型值，比较不同抽样方法、抽样比率和系统聚类方法下核心子集多样性的结果表明，在10%抽样比率下，重心法聚类结合优先取样获得的S1C3_10子集成为烟草种质库的核心子集。通过主成分分析法比较核心种质与原始群体样本分布的空间结构和特征，运用相关系数检验原始群体性状间的遗传关系是否被核心种质很好地保留。结果表明，核心种质库能很好地代表烟草农艺性状的遗传多样性。一些潜在的高产育种材料如Y177和Y178也被包含在内。综上表明，作为种质资源的一个核心子集，烟草核心种质库的构建将有利于烟草育种者对整个资源的了解，促进遗传多样性在今后烟草育种计划中的利用。

以玉米C型细胞质雄性不育系及保持系为材料，利用实时荧光定量聚合酶链反应检测pcd5,cox1和mdh基因在小孢子单核期的表达水平.结果表明，相对于保持系，这3个基因在不育系中均下调表达.利用焦磷酸测序与高分辨率溶解曲线相结合的方法证明了在不育系单核期pcd5转录本GRMZM2G075839 T02的5′非编码区域存在A碱基插入突变.该突变可能与pcd5基因在不育系中下调表达有关.这些发现可为进一步研究细胞程序性死亡与玉米C型胞质花粉败育的关系提供参考.

通过同源搜索从水稻Tos17插入突变体库中获得单拷贝Os09g24220基因的突变体，利用3引物PCR和RT-PCR对该基因的3个插入突变体NF9010，NF7784和ND6011进行分子鉴定，并对其农艺性状进行分析。3引物PCR结果证实了Tos17的插入，而且它们都是纯合的插入突变体。RT-PCR分析显示，在突变体NF9010和NF7784的幼苗中，利用扩增片段位于插入位点前的引物可检测到Os09g24220 mRNA转录片段，而利用跨越插入位点或位于插入位点之后的引物则检测不到转录产物，说明尽管这2个突变体中具有截短的转录产物，但缺乏全长和有功能的Os09g24220 mRNA；而在突变体ND6011中，利用所有位于功能区上游、中部和下游的引物均能检测到Os09g24220转录产物，利用跨越插入位点的引物则检测不到转录产物，表明ND6011具有功能性Os09g24220 mRNA，但不是全长mRNA。对3个插入突变体的株高、有效分蘖数、穗长、结实率和千粒质量等农艺性状进行考察，并与其野生型进行比较。结果显示，每个突变体至少有1个性状发生了显著改变。突变体ND6011仅结实率显著降低（P<0.05），而NF7784和NF9010的穗长和结实率均极显著下降（P<0.01），而且NF9010的株高也显著降低。总之，Os09g24220基因的Tos17插入突变体具有突变表型，部分农艺性状发生了显著改变，而且不同突变体具有不同的突变表型，与Tos17插入不同位置对Os09g24220基因功能的影响有关。这为进一步研究该基因在水稻DNA修复中的功能和探讨这类突变体在水稻诱变育种中的应用奠定了基础。

利用建兰转录组数据对其微卫星序列又称简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）和单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）进行搜索，并对其所在序列进行注释，从而为建兰分子标记的开发提供有效信息。利用High-Seq技术对建兰转录组进行深度测序，采取从头拼接策略进行拼接，最后得到了101 423个转录产物，其中含139 385 689 bp，平均长度为1 374 bp。在这个转录组数据库中一共检测到17 793个SSR和16 676个SNP位点，它们的平均密度分别是1.28个SSRs/10 kb和1.20个SNPs/10 kb。在这些SSR中，除了单核苷酸重复外，二核苷酸和三核苷酸重复是最主流的类型，分别占了所有SSR的20.46%和21.98%。在SNP中，C和T之间以及A和G之间的替换是最主要的形式，分别占了所有SNP的30.80%和28.81%。另外，对含有SSR和SNP序列注释发现：分别有1 748个SSR和1 932个SNP序列具有直系同源基因簇(Clusters of Orthologous Groups，COG)注释；4 994个SSR和4 819个SNP序列具有基因本体论（Gene Ontology，GO)注释；2 107个SSR和2 188个SNP序列具有京都基因与基因组百科(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG)注释。这些序列涉及了许多重要的生物功能和代谢途径，预示着这些潜在的标记可能与重要的生物功能有关。这些信息为建兰分子标记的开发和应用奠定了基础。