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每一条尖吻鲈都自带“丘比特之箭”——游在基因组研究前列的鱼

浏览次数: 日期:2016年5月19日 15:09

 

导语

亚洲尖吻鲈(Lates calcarifer)是一种热带硬骨鱼,分布广泛、经济价值高,肉多刺少味道鲜美,看着灰扑扑、古老的样子却拥有梦幻的人生,据说出生时是雄性,过几年游着游着会自动变为雌性,这种可变的性别让人工养殖变得很难养,又烧钱又要技术。如果破译了它的基因密码,是不是小编自己也可以在家里养一条了呢?

近期,来自新加坡的研究团队在《PLoS Genetics》上发表了亚洲尖吻鲈的全基因组组装结果,该研究主要采用PacBio三代测序技术,结合光学图谱和二代测序,使用长片段测序和多层scaffolding将亚洲鲈鱼基因组组装到染色体水平,成为目前组装效果最好的鱼类基因组。研究人员声称该基因组将成为鱼类基因组的新标准,现在我们就来一起分析这条“游在基因组研究前列的鱼”。

一、鱼类基因组新标准-三步组装

第一步:PacBio大片段测序搭建大框架

研究人员对亚洲尖吻鲈脑部基因组DNA和肾脏基因组DNA进行PacBio SMRT测序,测序深度分别为30X60X,平均读长为4.5kb8kb。经过组装得到基因组(V1)大小为668.5Mbcontig3917个,contig N50>1Mb

第二步:转录组数据辅助拼接

已发表的亚洲尖吻鲈转录组含有267616contig,研究人员使用该数据来完善V1基因组拼接,最终产生3807contig,并且contig N50提高10%。为了验证基因组(V2)组装的准确性,研究人员采用三种方法进行验证:

1)     软件评估

研究人员采用CEGsQUAST验证组装基因组的完整度,发现其完整度为88.7%,局部基因完整度为98.8%

2)     BAC末端序列评估

使用11159BESBAC end sequences)与组装基因组进行比对,发现其中99.4%的碱基(7738189个碱基)能够准确定位到基因组上。

3)     二代测序数据比对评估

研究人员使用80XIllumina平台数据进行基因组完整度验证,发现超过95%reads能够比对到组装的基因组。

第三步:染色体水平基因组组装

为了构建更加精细的染色体基因组,研究人员使用连锁图谱,光学图谱和物种间共线性分析来辅助拼接,得到染色体水平基因组(V3)。这三种方法的分辨率从小到大排列依次为:共线性分析、光学图谱、连锁图谱。通过这三种方法,scaffold N50相较于contig N50提升超过20倍,达到25.85Mb,总长度达到587Mb

二、基因组重复区和B型染色体

染色体水平组装的基因组含有18.6%的重复序列,包括5.4%DNA转座子,4.0%的长散在重复序列(LINE),4.6%的长末端重复序列(LTR),2.0%的反转录转座子,0.3%的短分散重复序列(SINE),0.1%的非长末端重复序列(non-LTR)。

亚洲尖吻鲈染色体组由24A型染色体和数目可变(2-10个)的B型染色体组成。B型染色体大小只有常染色体的5-10%,并且具有较高的GC含量。研究人员使用FISH分析了三种B染色体(ChB1ChB5ChB6),发现大部分ChB1比对到基因组的微卫星区,而ChB5ChB6则比对到基因组的非连锁区。

三、基因组多样性评估

研究人员选取了12个不同地区61个亚洲尖吻鲈样品进行低深度重测序(6.7X),并且以组装得到的基因组作为参考基因组来评估尖吻鲈的遗传多样性和鉴别有利性状(如抗病)的多态性,最终发现5642327SNP位点并对其进行了分析。研究结果表明,亚洲尖吻鲈的进化起源更偏向澳大利亚。

小编手记:

研究亚洲尖吻鲈基因组,有助于科研人员深入研究这种性别变化机制和更多有利特性。可以预期,将会有更多的农牧生物基因组需要组装。随着研究的深入,二代测序已经无法满足研究人员对基因组组装质量的要求。而PacBio测序的优势则在组装大中型真核生物复杂基因组的过程中变得越来越明显,尤其是近几年,研究人员进一步开始将PacBio三代测序技术与其他测序技术结合起来,不再仅限于前几年的“二+三”优化升级组装,我们已经越来越期待将最新的技术结合起来,2013年出现了Hi-C辅助基因组组装,2015BioNano结合PacBio更是将人类基因组组装达到Scaffold N50 30Mb,未来也许就跟文章作者描述的一样,三代测序结合光学图谱将会成为鱼类基因组组装的“金标准”,而随着PacBio+BioNano+Hi-C黄金组合的出现,小编相信复杂基因组的组装将不再是一个难题。

参考文献:

Vij S, Kuhl H, Kuznetsova I S, et al. Chromosomal-Level Assembly of the Asian Seabass Genome Using Long Sequence Reads and Multi-layered Scaffolding[J]. PLoS Genet, 2016, 12(4): e1005954.

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