重组DNA技术已经广泛地应用于现代农业生产。截止2016年底,全球已批准商业化种植应用的转基因作物品系达400多种,种植面积达185.1百万公顷。但公众对生物技术产品安全性仍存疑虑,特别是转基因产品的安全性。因此,许多国家加强了转基因生物安全评价与监管。其中,转基因产品的分子特征解析是安全评价的首要因素。分子特征主要包括外源基因表达载体、外源DNA插入位点及旁侧序列、外源插入DNA片段大小和结构、插入片段拷贝数、转化质粒骨架序列残留和插入片段稳定性等。长期以来,传统的分子特征分析技术,如Southern blot方法、PCR技术等,存在全面性差、效率低和周期长等缺点,很难完整阐明转基因生物的分子特征。本文重点研究开发了一套基于双端(pair-end和mate-pair)高通量测序的分子特征分析策略和算法,可全面准确地揭示转基因作物分子特征信息。基于该策略和算法,论文成功阐明了:1)单载体转化的转基因水稻G6H1外源基因插入位点和旁侧序列、插入片段拷贝数、外源插入全序列和转化质粒骨架序列残留等信息;2)双载体共转化的转基因水稻114-7-2的外源基因插入位点和旁侧序列、插入片段拷贝数和转化质粒骨架序列残留等信息。分析结果表明建立的算法有以下优点:1)适用于多种测序数据分析,如pair-end测序数据和mate-pair测序数据;2)可分析复杂的外源基因整合情况,如在114-7-2水稻样品中检测出两个不同的插入位点及外源整合多拷贝重排的情况;3)数据分析方法集成化高,设定参数后可较快得出分析结果,实验验证步骤简单方便。同时,为了解决外源基因复杂整合的情况,如多拷贝重复排布、多位点长片段插入等,我们初步提出了目的序列捕获和长片段测序相结合的策略,解析复杂转基因作物的分子特征。我们对长片段目的序列的富集和文库构建进行了初步探索,建立了文库构建的结构框架,最终文库构建方案完善和长片段测序分析仍需要进一步研究。