近日,中國水產科學研究院黃海水產研究所陳四清研究員團隊與北京百邁客生物科技有限公司合作完成了中國真蛸(Octopus sinensis)染色體水平基因組,相關研究成果發表在知名期刊Molecular Ecology Resources上。該研究是陳四清研究員團隊繼今年5月發表首個超高質量綠鰭馬面鲀基因組后在水生生物基礎研究領域取得的又一項重要研究成果。

中文題目:基于PacBio測序和Hi-C技術的中國真蛸(Octopus sinensis)染色體水平基因組組裝

研究單位:中國水產科學研究院黃海水產研究所

研究背景:頭足類是軟體動物門中一類高度多樣的海洋物種,分布于世界各地,在海洋生態系統中扮演著重要角色,也是一種重要的漁業資源。它們進化出一些類似脊椎動物的生物學結構,表現出復雜的行為特征,生活方式高度活躍,能夠適應多種海洋環境,是研究趨同進化機制和環境適應性的模式物種。高質量的基因組必將有助于頭足類生物學研究,但基因組大和重復序列含量高一直制約著頭足類基因組學的發展。目前,頭足綱僅報道了5個物種的基因組數據(長蛸、加州雙斑蛸、真蛸、中國真蛸和夏威夷短尾魷魚),本研究是頭足綱中首個染色體水平的基因組。

中國真蛸 (Octopus sinensis,d’Orbigny, 1841)主要分布于北太平洋西部的溫帶淺海海域,特別是中國、韓國和日本沿海。由于外部形態極為相似,長期以來被認為與分布于大西洋和地中海海域的真蛸(Common octopus,Octopus vulgaris)為同一物種,并統稱為真蛸(Octopus vulgaris)。近年來基于形態學和分子生物學研究結果表明它們屬于不同物種,并將棲息于西北太平洋海域的群體命名為East Asian common octopus (Octopus sinensis),根據拉丁文名,本研究將其中文名命名為中國真蛸。中國真蛸生長快、個體大(可達2.5kg/只),生命周期短(1年),產卵量大(10-20萬粒/只)等特點,具有重要的增養殖潛力。

 

研究材料

denovo成年雌性中國真蛸(Octopus sinensis)腎臟組織

Hi-C:胴部肌肉組織

轉錄組輔助基因預測:11個樣本(肌肉、心臟、腎臟、肝胰腺、鰓、性腺、大腦、后唾液腺、吸盤、眼睛和皮膚)

 

主要結果

1.?基因組組裝與評估

使用72.21X Illumina+90.08X PacBio sequel(Reads N50~14 Kb)+77.93X Hi-C進行真蛸基因組組裝(表1)。調研圖預估基因組大小為2.76 Gb,雜合度為0.34%,重復性為39.8%(如圖1)。實際組裝2.72 Gb,Contig N50為503.7kb。二代回比率為98.04%,BUSCO評估結果為80.2%。最終經過Hi-C校正后的基因組大小為2.72 Gb,其contig N50和scaffold N50分別為490 Kb和105.9 Mb,并將96.41%組裝序列掛載至30條染色體上。本次組裝的中國真蛸的基因組是目前已發表的頭足類中首個染色體水平的基因組,且具有最高的連續性和較高的完整性?(表2),表明PacBio測序技術可有效地用于大而復雜的基因組的測序和組裝。

 

圖1?中國真蛸基因組調研圖

 

圖2 Hi-C熱圖

 

 

表1 中國真蛸基因組測序數據

 

 

表2 中國真蛸基因組與已發表的頭足類基因組比較

 

2.?基因注釋

本次研究在真蛸基因組中共注釋出1.15 Gb(42.26%)的重復序列,主要類別為LINEs (12.38%), LARDs (17.41%)以及 TIRs (16.62%)?;趶念^預測、同源蛋白預測以及RNA-seq的方法預測出31676個蛋白質編碼基因。并通過NR、TrEMBL、KOG、GO和KEGG數據庫的比對,成功地注釋了26207個預測基因。根據GenBlastA和GeneWise分析,共鑒定出8213個假基因,總長度為18,187,167 bp,平均長度為2,214 bp,并鑒定出5245個ncRNA,其中1726個rRNA,2452個tRNA,32個miRNA,1028個snRNA,7個snoRNA。

 

3.?基因組進化

比較基因組學分析發現預測到的31676個基因中有24698個基因可被聚類到17020個基因家族。其中有741個基因家族為10個物種共有,包含有10653個同源基因。利用10個物種的238個單拷貝同源基因構建進化樹,結果表明長蛸的分化時間早于中國真蛸和加州雙斑蛸,而中國真蛸與加州雙斑蛸關系更近,其分化時間約為13.88 Mya(圖3)。

 

圖3 中國真蛸與其它9個物種種系統進化分析

 

基因家族聚類分析表明中國真蛸特有的基因家族有1179個,包含5090個基因(圖4),這些特有的基因家族可能對中國真蛸的特有性狀具有重要作用?;蚴湛s和擴張分析表明中國真蛸擴張的基因家族有629個,擴張基因家族中的基因主要參與中國真蛸代謝和免疫過程。其中,C2H2鋅指基因家族和鈣粘蛋白基因家族僅在長蛸、加州雙斑蛸和中國真蛸中發現擴張,而在夏威夷短尾魷魚和其它物種的基因組中沒有發現。

 

圖4 頭足綱基因家族聚類分析

小編有言

高質量的染色體水平基因組能夠為后續研究打下堅實的基礎,而簡單基因組的快速組裝和基礎分析已是現在物種資源研究的大勢所趨。除了中國真蛸的成功見刊,下面小編將分享給大家幾篇類似的百邁客新增成功案例,希望廣大研究者能從中找尋屬于你的研究方向~

Part 1

Molecular Ecology Resources專場
期刊要點:主張運用分子基因技術解決生態,進化,和行為生態保護的相關問題;較多昆蟲基因組(瓢蟲、草地貪夜蛾、二化螟、枯葉蛺蝶等)水生動物:(赤點石斑、綠鰭馬面鲀);優質基因組+比較基因組、基因組+基因編輯/變異等。

1

影響因子:6.286

物種:油桐

合作單位:中南林業科技大學

主要研究內容:

2020年1月四川大學劉建全團隊破譯了中國特有的瀕危物種珙桐(Davidia involucrata)基因組,相關成果發表在著名期刊Molecular Ecology Resources上。四川大學劉建全教授和楊勇志博士為該論文的通訊作者,陳陽和馬濤教授為并列一作。該研究利用單分子實時測序SMRT和北京百邁客生物技術有限公司的Hi-C技術組裝了一個高質量、染色體體水平的珙桐基因組,研究發現苞片中光合作用相關基因幾乎缺失或表達減少,而抗菌、抗冷、抗水等抗逆相關基因在苞片中高度表達,突出了苞片在保護花和吸引授粉者中的重要作用。有效群體大小等研究分析了珙桐的生存機制和瀕危原因。在未來氣候持續變暖的背景下,研究結果為保護這獨特的瀕危物種提供了依據。

 

2

影響因子:6.286

物種:綠鰭馬面鲀

合作單位:中國水產科學研究院黃海水產研究所

主要研究內容:

2020年5月,中國水產科學研究院黃海水產研究所陳四清研究員團隊與北京百邁客生物科技有限公司合作完成了首個超高質量的綠鰭馬面鲀基因組,相關研究成果發表在知名期刊Molecular Ecology Resources上。本次研究基于納米孔測序技術(Nanopore)和染色體構象捕獲技術(Hi-C)完成的基因組僅包含242個Contigs,Contig N50高達22.46 Mb,并將99.44%序列掛載到20條染色體上,實現了海洋魚類基因組組裝質量質的飛躍。

 

Part 2

?Horticulture Research專場
期刊要點:園藝研究的TOP期刊,拒絕:任何只有描述性的文章,包括基因組測序、組裝的文章;接受:pangeomics研究,同屬、同種內多物種測序,特別是對起源進化和適應性分析;多組學綜合分析(基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組);表觀遺傳;挖掘和解析和園藝與整個植物學有影響科學問題;?

1

影響因子:5.404

物種:簸箕柳

合作單位:南京林業大學

主要研究內容:

2020年2月南京林業大學尹佟明教授課題組成功破譯柳樹基因組,相關研究成果發表在Horticulture Research上。該研究利用百邁客生物科技有限公司的PacBio測序和Hi-C技術,獲得了一個高質量染色體版本的簸箕柳參考基因組。新組裝的簸箕柳基因組大小為356 Mb,Contig N50為263,908bp,并通過Hi-C,將95.29%的簸箕柳基因組序列掛載到19條染色體上。新組裝的簸箕柳為木本植物研究提供了高質量的基因組資源。

 

 

2

影響因子:5.404

物種:油柿

合作單位:浙江大學、亞林所

主要研究內容:

2019年12月Horticulture Research在線發表了由浙江大學、中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所等單位合作完成的二倍體油柿(2n=2x=30)基因組研究論文。研究中使用百邁客生物科技有限公司的PacBio測序組裝了849.53 Mb油柿基因組序列,進一步通過Hi-C技術將其中799.71 Mb(占全基因組序列的94.14%)的序列定位到15條染色體上,并通過slaf簡化測序獲得的遺傳圖譜分析研究了其進化關系。

 

 

3

 

影響因子:5.404

物種:板藍根(菘藍)

合作單位:四川大學

主要研究內容:

2020年2 月1日,四川大學生命科學學院劉建全課題組與華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室李再云課題組首次完成了菘藍(Isatis indigotica,2n=14)染色體級別基因組圖譜繪制。該研究利用Pacbio測序(140X)結合北京百邁客生物技術有限公司的Hi-C技術(284X)組裝得到294Mb高質量基因組(contigN50=1.2Mb)?;谕此阉骱凸δ茏⑨?,確定了該物種主要化合物(如吲哚類、萜類、黃酮、木脂素等物質)的可能生物合成通路和相關的候選基因。該研究強調了基因組測序在鑒定藥用植物代謝產物合成候選基因中的重要性,為今后十字花科植物比較基因組等研究提供了重要遺傳信息。

 

Part 3

Gigascience 專場
期刊要點:Gigascience 由2012年創辦的data類雜質,生物學故事性要求不高,旨將標準的科學出版直接與數據庫相關聯,存儲所有研究相關數據,促進數據共享和研究的可重復性。同類型的還有Nature子刊的Scientific Data(IF:5.541)
影響因子:5.993物種:枇杷

合作單位:上海市農業科學院

主要研究內容:

2020年2月6日,上海市農業科學院張學英研究員團隊于知名期刊Gigascience上首次發表枇杷基因組相關研究論文,該研究中基于北京百邁客生物科技有限公司的Nanopore測序和Hi-C染色體構象捕獲技術,構建了高質量的枇杷基因組。文中通過與蘋果、水蜜桃、梨、覆盆莓、月季和野草莓的蛋白質序列比較,探索了枇杷的全基因組復制與進化事件,并進行了染色體重排分析。該研究提供了寶貴的染色體水平基因組數據,為研究枇杷性狀提供了重要的基因組數據。

百邁客基因組成功案例

 

這里有不得不選百邁客的千萬分之一個理由:

百邁客擁有專業的分析/合作團隊(國際頂級期刊Nanture Genetics合作文章高達6篇,截至2020年7月共產出50余篇基因組文章,IF 500+)?;蚪M及HI-C項目經驗豐富,構建逾千個文庫,HiC技術實驗+生信專利軟著雙保護。分析物種類型多樣,高雜合高重復、多倍體物種研究經驗豐富(2倍體、3倍體、4倍體、6倍體、8倍體、10倍體等),疑難雜癥不在話下!

 

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