聚焦 | 安诺合作的植物Hi-C文章见刊了~
安诺基因 · 2017/09/05
8月31日,山西省农业科学院刘慧民、乔治军、崔林研究员团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究员团队与华南农业大学王俊教授团队联合完成苦荞基因组测序,在国际高影响力期刊Molecular Plant上在线发表了题为“The Tartary Buckwheat Genome Provides Insights into Rutin Biosynthesis and Abiotic Stress Tolerance”的研究论文。该研究结合二代、三代、Bionano、Hi-C测序数据组装获得了苦荞489

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8月31日,山西省农业科学院刘慧民、乔治军、崔林研究员团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究员团队与华南农业大学王俊教授团队联合完成苦荞基因组测序,在国际高影响力期刊Molecular Plant上在线发表了题为“The Tartary Buckwheat Genome Provides Insights into Rutin Biosynthesis and Abiotic Stress Tolerance”的研究论文。该研究结合二代、三代、Bionano、Hi-C测序数据组装获得了苦荞489.3Mb高质量染色体水平的参考基因组,安诺基因参与其中的Hi-C研究部分。该研究揭示了苦荞的天然产物芦丁的生物合成及耐逆机制,对指导苦荞的遗传育种与种质资源利用具有重要的意义。


图1 在线发表的苦荞基因组文章

图2  安诺Hi-C技术辅助苦荞基因组组装至染色体水平


基因组组装


苦荞(2n=2x=16),蓼科植物,是少有的药食同源植物之一。其基因组组装结合了二代测序数据和三代测序数据,并通过fosmid数据对草图组装进行了进一步提升,完成了489.3Mb的基因组组装,包含8,778个contigs(N50为550.7kb)。


通过Hi-C辅助基因组组装,将contigs锚定至8条染色体后获得大小为436.4Mb染色体水平的基因组(覆盖长度比例为89.19%),锚定后得到的序列长度范围在50-68 Mb之间。Bionano平台获得的光学图谱对挂载后的基因组进行验证。并最后利用GeneBank数据库中的97条mRNA测序序列信息进行组装序列完整性的评估,发现基因区的覆盖度占比为99.36%,显示基因组组装的高精度。

图3 苦荞基因组组装参数与基因组特征


组装后分析


结合植物蛋白数据库、cDNA/ESTs和苦荞的根、茎、叶、花、幼嫩种子的RNA-seq数据进行蛋白编码基因的注释,共预测得33,366个基因,其中31,165个基因(93.40 %)位于锚定后染色体水平基因组上。


基因组进化分析发现,苦荞在6.4-7千万年前经历了一次独立全基因组复制事件(WGD),由此导致了基因家族的扩张,基因组中很多抗逆相关基因发生扩增和保留。基于比较基因组学和转录组学的研究鉴定了芦丁代谢途径上各类酶的基因及调控这些基因表达的转录因子的编码基因。此外研究还发现苦荞中大量可能与植物耐铝、抗旱和耐寒相关的新基因,其产物包括一些转运蛋白以及相关的转录因子。此研究有助于把苦荞变成一个研究抗逆的模式植物。


小编有话说


从越来越多的基因组研究中我们可以看到染色体水平的参考基因组组装,那染色体水平的参考基因组具体有什么用以及如何在组装的过程中实现呢?


1、染色体水平参考基因组的必要性


染色体水平参考基因组对于后续的深入基因组学分析都是必不可少的。以下研究中染色体水平参考基因组均是分析的基础。

图4 染色体水平参考基因组的必要性


2、如何实现染色体水平的参考基因组组装


传统基因组组装过程中会采用高密度的遗传图谱进行染色体锚定,但受限于作图群体的构建和标记密度,越来越多的研究者采用Hi-C测序数据来辅助基因组组装。目前除了苦荞基因组文章,17年还有以下多篇Hi-C辅助基因组组装文章发表。

表1  2017年已发表的Hi-C辅助基因组组装文章


3、挂载效果如何?


Hi-C辅助组装的效果主要依赖于可以反映Scaffold/Contigs交互规律的有效Hi-C数据量。Scaffold/Contigs组装越完整,mapping上Scaffold/Contigs的Hi-C Reads越多,交互强弱规律越明显,则最终挂载效果越好。安诺基因经验数据显示,经过Hi-C辅助基因组组装后,基本可以完成基因组90%(长度比例)以上的挂载。


表2  部分安诺Hi-C辅助基因组组装效果

4、Hi-C辅助组装的效果如何评估?


Hi-C辅助组装的效果可以通过多种方式进行评估。安诺基因可提供最全面的辅助组装评估(详见图5),其中互作热图评估是最常用的。

图5  Hi-C辅助基因组组装结果评估方法


5、安诺基因Hi-C丰富的建库经验

参考文献:


The Tartary buckwheat genome provides insights into rutin biosynthesis and abiotic stress tolerance. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2017.08.013

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