基因组学未来之星|泛基因组开启遗传育种新时代
近年来,越来越多物种的参考基因组逐渐被测序公布,通过对同种不同个体植物基因组间的相互比较,人们逐渐认识到单一参考基因组不能涵盖该物种的所有遗传信息,不足以代表整个物种基因多样性,泛基因组的概念也由此产生。泛基因组作为参考基因组,相对传统的单一参考基因组,能呈现更加全面的种群基因组信息。随着测序技术的快速发展,测序成本随之大幅度降低,植物泛基因组也迎来了黄金发展期。仅2021年上半年就有多篇泛基因组文章发表,水稻泛基因组更是发表在 Cell 期刊上,而在去年泛基因组的身影更是频频登上 Nature、Cell、NG、NP等国内外著名期刊。说了这么多,那泛基因组到底是如何构建的呢?
对多个个体材料分别进行从头组装注释,然后将所得的每个个体的组装好的基因组进行互相比对来构建泛基因组,从全基因组层面查找重要的结构变异和基因位置信息。
优点:该方法不基于参考基因组,可以避免基于基因组方法中由于比对所产生的误差;通过比对已组装注释完成的基因,进一步推测基因的 PAVs,可以提供更加准确的 pan-genome 信息。
缺点:由于需要对每一个个体进行 de novo assembly,然后还需要全基因组比对,所以该方法需要比较大的计算资源,此外高组装质量基因组的获得,需要比较高的测序深度,增加了项目预算。
The barley pan-genome reveals the hidden legacy of mutation breeding[2]
Cotton pan-genome retrieves the lost sequences and genes during domestication and selection[3]
Pan-Genome of Wild and Cultivated Soybeans[4]
图4 大豆图形泛基因组分析
随着测序技术、组装方法和计算资源的改进,越来越多物种的泛基因组相继被公布,如大豆、油菜、大麦、小麦、水稻、高粱、棉花等。而泛基因组学的发展也使得广泛的结构变异(SV)(PAV、CNV、染色体重排)被鉴定到,使我们能够在不基于SNPs的情况下更深入地了解动植物物种的多样性,为动植物基因组学研究和遗传改良驯化提供了重要基础。诺禾致源动植物基因组板块拥有专业研究团队,为不同领域科研人员提供专业全面的测序分析服务,提供商业、个性化定制和合作等多种服务方式,满足不同层次客户的科研需求。项目经验丰富,目前为止发表的动植物泛基因组高分文章(IF>25)中,有近1/3发表于Science,Nature等顶级期刊(IF>40)。
参考文献
[1] Bayer P E , Golicz A A , Scheben A , et al. Author Correction: Plant pan-genomes are the new reference. Nat Plants. 2020 Nov;6(11):1389.
[2] Jayakodi M , Padmarasu S , Haberer G , et al. The barley pan-genome reveals the hidden legacy of mutation breeding. Nature. 2020 Dec;588(7837):284-289.
[3] Li J, Yuan D, Wang P, et al. Cotton pan-genome retrieves the lost sequences and genes during domestication and selection. Genome Biol. 2021 Apr 23;22(1):119.
[4] Liu Y, Du H, Li P, et al. Pan-Genome of Wild and Cultivated Soybeans. Cell. 2020 Jul 9;182(1):162-176.e13.
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