这些“特殊需求”的基因组组装解决方案

Original 苏亚南诺禾致源科服 2023-02-12

收录于合集 #实用干货 91个

有句名言“金无足赤，人无完人”，打造一个完美的产品，就需要满足所有项目的需求。

面对一个相对成熟的产品，小编最近每天都在思考：基因组组装策略怎么优化，才能让不同需求有专门的解决方案。最近翻阅文献，确实获得了一些启示。

“特殊需求”—（1）超大基因组

近期中国农业大学农学院小麦研究中心从基因组水平上全面揭示了西藏半野生小麦¹基因组结构变异、起源与演化规律和高原适应性机制，补充了国内外相关研究领域。“中国春”小麦的基因组大小是16Gb，本篇文章利用二代测序平台数据（不同的二代文库）获得西藏半野生小麦基因组14.05 Gb 的序列信息。

相比于小麦这类超大的多倍体物种，其他的二倍体超大基因组利用三代数据进行组装就显的容易很多，尤其是 PacBio-HiFi 数据，在超大基因组组装中有明显优势。

“特殊需求”—（2）单体型组装

近期黄三文团队研究人员²采用了 ONT、10X Genomics、Hi-C、PacBio-CCS 、遗传图谱结合的方法进行了二倍体马铃薯品系 RH 基因组单体型的组装。为了将组装片段区分成两套单体型，该研究测序了 RH 的自交分离群体，开发了利用测序 read 数量分布进行基因型鉴定和遗传连锁群构建的方法，成功将同源片段区分成两套单体型。最后在遗传图谱和 Hi-C 数据的辅助下，组装片段被锚定在染色体上，成功实现了染色体级别的单体型组装。其中的关键点就是遗传图谱与 ALLHiC³ 软件的使用。

图 1 单体型组装策略

“特殊需求”—（3）基因组完成图

加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）和美国国家人类基因组研究所（NHGRI）研究人员领导的国际端粒到端粒联盟（Telomere-to-Telomere Consortium，T2T）使用了高覆盖度 Nanopore 测序、PacBio 长读长测序、10X Genomics 的 linked reads 以及 Hi-C 数据的组合，成功组装出首个端粒到端粒（Telomere-to-Telomere）的无缺口人类X染色体完成图⁴。这项研究成果表明如今生成精确且“Gap Free”的人类染色体序列已经成为可能，同时也让其他研究开始思考是否可以使更多的物种拥有基因组完成图。

图2 X染色体酶切位点示意图

“特殊需求”—（4）单只小个体昆虫组装

三代测序对 gDNA 的起始量要求较高，往往需要～10ug 高质量 gDNA，这对于单只微小生物体（例如小型昆虫）的基因组测序无疑是一大挑战。PacBio 最新发布的超低起始量建库流程大大降低了对 DNA 数量的需求。该试剂盒只需 5 ng 的基因组 DNA 即可开展 PacBio HiFi 测序。这为研究微小的节肢动物物种的研究人员打开了进入 HiFi 测序的大门。

为了验证超低起始量建库的表现，Pacbio 官方对沙蝇（Phlebotomus papatasi）⁵进行了测序，从单个沙蝇样本中仅提取了5 ng DNA，使用 SMRTbell gDNA 扩增试剂盒扩增，然后在 Sequel II 平台上进行了55x的 HiFi 测序。从1张 SMRT Cell 8M 芯片中获得了25 Gb的 HiFi Reads。平均读长度为12 kb，平均 Reads 质量为99.97％，即Q36。这种微小的昆虫的基因组大小为363 Mb，最终组装的沙蝇基因组 Contig N50 达到了 Mb 水平。

总结这么多特有方案，也许就有“你”需要的。如果上述总结还不能满足，欢迎联系我们做进一步探讨。

联系方式：

1.联系驻地销售或技术

2.发送邮件至pag-pm@novogene.com

参考文献

1，Guo W, Xin M, Wang Z, Yao Y, Hu Z, Song W, Yu K, Chen Y, Wang X, Guan P, Appels R, Peng H, Ni Z, Sun Q. Origin and adaptation to high altitude of Tibetan semi-wild wheat. Nat Commun. 2020 Oct 8;11(1):5085.

2，Zhou Q, Tang D, Huang W, Yang Z, Zhang Y, Hamilton JP, Visser RGF, Bachem CWB, Robin Buell C, Zhang Z, Zhang C, Huang S. Haplotype-resolved genome analyses of a heterozygous diploid potato. Nat Genet. 2020 Oct;52(10):1018-1023.

3，Zhang, X., Zhang, S., Zhao, Q., Ming, R. & Tang, H. Assembly of allele-aware, chromosomal-scale autopolyploid genomes based on Hi-C data. Nat. Plants 5, 833–845 (2019).

4，Miga, K.H., Koren, S., Rhie, A. et al. Telomere-to-telomere assembly of a complete human X chromosome. Nature. 2020 Sep;585(7823):79-84.

5，https://mp.weixin.qq.com/s/onWzfOfBCQrzRFkGaZWnBw

往期精彩推荐