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Mauve共线性分析实操

比较基因组学是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。通过共线性分析能够检测基因组之间的相似性片段，直观了解物种结构的相似性。

Mauve（http://darlinglab.org/mauve/mauve.html）软件能够快速有效分析基因组之间有无大片段序列重排现象，共线性是否良好，是否存局部共线区（Locally Collinear Blocks, LCBs），LCBs的数目、方向、排列顺序和长度。基因组结构相似，则说明基因组进化上可能经历着相似途径；反之，基因组结构差异较大则说明在长期的选择压力下，通过在LCB区域扩充基因以增添新功能来更好扩展生存空间，物种分化较早。

本期凌波微课为大家带来通过Mauve软件进行物种共线性分析方法。具体操作猛戳上方视频哦~

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研究示例 

1、Cd（II）耐药Arthrobacter sp. PGP41菌株基因组测序，具有辅助植物修复潜力的促生菌 

Complete Genome Sequence of Cd(II)-Resistant Arthrobacter sp. PGP41, a Plant Growth-Promoting Bacterium with Potential in Microbe-Assisted Phytoremediation. Current Microbiology, 2018.

微生物辅助植物修复在实际应用中具有巨大潜力。具有重金属（HM）抗性的植物促生长细菌（PGPB）对于实施HMPB污染环境的PGPB辅助植物修复非常重要。Arthrobacter sp.PGP41是一种从Cd（II）超富集植物茄茄的根际土壤中分离出来的抗Cd（II）细菌。在Cd（II）胁迫条件下，菌株PGP41可以显着改善植物幼苗和根系生长。该细菌显示出产生高水平的吲哚-3-乙酸（IAA）的能力，以及交换氮和溶解磷酸盐的能力，并且具有1-氨基环丙烷-1-羧酸酯（ACC）脱氨酶活性。本研究获得了菌株PGP41的完整基因组序列。在基因组中鉴定了与植物生长促进相关的多个基因，可用于进一步阐明PGPB促进植物生长的分子机制，并有助于其作为接种物在HM污染环境的生物修复中的应用。

图1 Mauve软件进行基因组的Synteny比较。将PGP41与Sphe3T基因组进行了比较，结果表明这两个基因组仅具有86%的同一性，覆盖率达71%。 此外，基因组的同义比较表明两个基因组之间存在许多变异，例如插入和缺失，相同颜色的矩形块表示序列的共线区域。

2、嗜冷裂殖酵母染色体的组装及其比较基因组分析揭示了单倍体裂殖酵母的基因组进化原理

Assembly of Schizosaccharomyces cryophilus chromosomes and their comparative genomic analyses revealed principles of genome evolution of the haploid fission yeasts. Scientific Reports volume, 2018.

裂变酵母进化枝具有与其他酵母不同的生命历史，可以提供有关进化变化的重要线索。为了揭示这些变化，利用同源关系和保守的着丝粒，亚端粒基因将大的嗜冷裂殖酵母（S. cryophilus ）supercontigs组装成染色体。对新组装的染色体的比较基因组分析证实，嗜冷裂殖酵母在序列和结构上最相似性的近源物种是八胞裂殖酵母（S. octosporus），并且揭示了保守区域的保存不是由于染色体数目的减少而引起的。重排、易位在密切相关的物种中更为典型，而倒转的数量则随着系统发生距离的增加而增加。

图2 Mauve进行物种全基因组共线性比对，以新组装的嗜冷链球菌超重叠群（Sc）为顺序。相邻Sc之间的大重叠局部共线块（LCB）为当前Sc阶提供支持。彩色矩形代表LCB。矩形的大小与LCB的基因组扩展成比例。基因组中心线下方的LCB相对于参考基因组处于相反方向。黑色竖线表示染色体边界，垂直红线表示S. cryophilus内部超重叠群边界。较宽的红线表示S. cryophilus着丝粒区域的位置。

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