【植物基因组学】纳米孔长读长从头测序和组装植物基因组

文章发于2018年8月3日

导读

Genoscope自1998年以来便是法国国家基因测序中心，研究员Jean-Marc Aury和团队利用MinION和PromethION产生的数据对几种植物基因组（香蕉、柑橘和十字花科）进行了从头测序和组装。

关键词：MinION，PromethION，长读长，从头测序，基因组组装，植物

Genoscope自1998年以来便是法国国家基因测序中心，具有丰富的大型测序项目的经验，例如塔拉海洋宏基因组项目（Tara Oceans Project）。Genoscope参与了便携式MinION以及高通量设备PromethION的“早期用户试用计划”。

Jean-Marc Aury是来自Genoscope的一名研究人员，他和团队利用MinION和PromethION的数据对几种植物基因组（香蕉、柑橘和十字花科）进行了从头测序和组装。

在London Calling 2018大会上，Jean-Marc首先介绍了基因组组装存在的挑战：

1

重复区域导致片段化组装以及对重复内容估计过低。

2

不同染色体上的杂合区域会导致片段化组装和对单倍体基因组大小的估计过高。

他接着举例说明为什么长读长很重要——即使是小的酵母基因组，也需要平均为25kb的读长，30x覆盖度来解析基因组。

自2014年以来，法国国家基因测序中心使用6个MinION测序仪，1000多个测序芯片，对50多种不同的生物的RNA和DNA进行了测序，生成超过1.5Tb的纳米孔读长。从头组装项目包括22种酵母种系（12Mb）、4个真菌基因组（30Mb）、数个细菌基因组和15个植物基因组（400-1200Mb）。

Jean-Marc展示了从R7.3到R9.4.1版测序芯片在通量上的变化，以及在这期间通量的增加。使用MinION可产生100Mb到数Gb，使用高通量设备PromethION，每张PromethION测序芯片可产生10Gb。他们最佳MinION运行是使用R9.4.1测序的Lambda控制对照样本，到目前为止已经达到17.6Gb。使用自己的样本，其中四个最佳运行均产生了大于15Gb的数据。在对一个酵母样本进行MinION测序后，产生了2Gb数据，N50为50Gb。其中一个读长捕获了整段染色体，读长跨越染色体1——实现了端粒到端粒的比对。

植物基因组大小不等，尽管许多植物基因组都已经被测序，但组装大多都高度片段化，仅有6个植物物种组装的contig N50 > 5Mb。利用30x的MinION纳米孔读长、短读长和Bionano数据，研究小组为contig N50>5Mb的家族添加了白菜（Brassica rapa）、甘蓝（Brassica oleracea）和野生香蕉（Musa schizocarpa）三种物种，其中大部分染色体最多有3个contig，并且contig成功跨越了着丝粒。

法国国家基因测序中心还使用高通量台式设备PromethION测序了香蕉基因组。只需1个测序芯片的数据，就能够创建与先前组装相似质量的组装，先前的组装用了18个MinION测序芯片。

另外，他们在使用新版的SQK-LSK 109试剂盒测序酵母、柑橘、薹草和香蕉等样本后，显示该试剂盒能够使用更少的DNA提供更高的通量，并且在实行片段大小筛选方案时观察到的N50与LSK108相当。当然，要获得超长读长，DNA的萃取（质量和数量）是关键。

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