向完美基因组进军 | ONT超长测序实现T2T！

高质量基因组的获取是研究物种生物学功能、疾病以及生物多样性的基础^[1]。随着长读长测序技术以及算法的不断优化升级，基因组中着丝粒、端粒等高重复区域的序列不再是基因组“黑洞”，基因组研究迈入了新的时代。

2022年3月31日，一个由近100名研究人员组成的国际性的科学组织——端粒到端粒（Telomere to Telomere，T2T）联盟，在《科学》杂志上发表了6篇论文，表示迄今为止最完整的人类基因组图谱已被破译^[2]。这一里程碑式的事件，将T2T基因组研究提升到历史高度。

截止2022年5月26日，在Google Scholar以及NCBI上以关键字“genome, gapless, telomere to telomere”检索文章，去除真菌基因组以及综述等，结果列表整理如下：

表1 T2T基因组发文汇总

以上12篇文章中，9篇运用了ONT Ultra-long测序，其中具有代表性ONT超长测序深度以及N50长度等信息如下：

表2 各文章ONT Ultra-long信息

往往前沿科学技术以及重大研究结果在学术界如一面大旗，指引学术的研究方向，人类T2T基因组的破译无疑是这样的一个重大事件。针对T2T基因组，华大推出PacBio HiFi+Nanopore Ultra-long Reads+HiC的研究策略（表3）。

表3 T2T组装策略

华大科技实验团队通过不断测试，改进提取方法，目前已完成多种动植物超长片段DNA提取建库及测序，积累了大量经验。超长DNA片段提取+建库测序项目实例如下： 

某哺乳动物Ultra-long DNA提取：

Qubit检测浓度：232ng/μl

OD260/280：1.93；OD260/230：1.83

DNA总量：38μg

长度分布：主带位于250Kb

脉冲电泳图如下：

实测项目单张芯片测序数据表现：

从数据来看，华大Ultra-long测序单张芯片产出稳定，平均在100G以上；超过100Kb的数据占比约为1/4，总体产量比较稳定。

此外，近期华大科技利用HiFi、ONT Ultra-long、Hi-C等多个测序平台数据进行联合组装，使gap-free基因组组装成为可能：某物种的23条染色体，除了第6条和第17条有一个gap外，其余染色体均达到gap-free的水平，结果如下图：

华大已经发表了包括罗式长颈鹿（Contig N50: 35.9 Mb）^[14]、喜马拉雅红豆杉（Contig N50: 8.6 Mb）^[15]、麂鹿（Contig N50: 24.47 Mb -37.86 Mb）^[16]等300+篇基因组文章，项目经验非常丰富。如有T2T需求，请联系当地销售。

参考文献：

[1] Rhie, Arang, et al. "Towards complete and error-free genome assemblies of all vertebrate species." Nature 592.7856 (2021): 737-746.

[2] Nurk, Sergey, et al. "The complete sequence of a human genome." Science 376.6588 (2022): 44-53.

[3] Navrátilová, Pavla, et al. "Prospects of telomere-to-telomere assembly in barley: analysis of sequence gaps in the MorexV3 reference genome." bioRxiv (2021).

[4] Naish, Matthew, et al. "The genetic and epigenetic landscape of the Arabidopsis centromeres." Science 374.6569 (2021): eabi7489.

[5] Belser, Caroline, et al. "Telomere-to-telomere gapless chromosomes of banana using nanopore sequencing." Communications biology 4.1 (2021): 1-12.

[6] Wang, Bo, et al. "High-quality Arabidopsis thaliana genome assembly with Nanopore and HiFi long reads." Genomics, proteomics & bioinformatics (2021).

[7] van Rengs, Willem MJ, et al. "A gap-free tomato genome built from complementary PacBio and Nanopore long DNA sequences reveals extensive linkage drag during breeding." bioRxiv (2021).

[8] Miga, Karen H., et al. "Telomere-to-telomere assembly of a complete human X chromosome." Nature 585.7823 (2020): 79-84.

[9] Xue, Lingzhan, et al. "Telomere-to-telomere assembly of a fish Y chromosome reveals the origin of a young sex chromosome pair." Genome biology 22.1 (2021): 1-20.

[10] Song, Jia-Ming, et al. "Two gap-free reference genomes and a global view of the centromere architecture in rice." Molecular plant 14.10 (2021): 1757-1767.

[11] Li, Kui, et al. "Gapless indica rice genome reveals synergistic contributions of active transposable elements and segmental duplications to rice genome evolution." Molecular Plant 14.10 (2021): 1745-1756.

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[14] Liu, Chang, et al. "A towering genome: experimentally validated adaptations to high blood pressure and extreme stature in the giraffe." Science Advances 7.12 (2021): eabe9459.

[15] Cheng, Jian, et al. "Chromosome-level genome of Himalayan yew provides insights into the origin and evolution of the paclitaxel biosynthetic pathway." Molecular Plant 14.7 (2021): 1199-1209.

[16] Yin, Yuan, et al. "Molecular mechanisms and topological consequences of drastic chromosomal rearrangements of muntjac deer." Nature communications 12.1 (2021): 1-15.

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