年中喜報|安諾三代測序助力微擬球藻基因組發布~

2021-02-18 安諾基因

2019年7月3日，中國海洋大學楊官品教授課題組在最新的Nature子刊Communications Biology雜誌在線發表題為「Genome assembly of Nannochloropsis oceanica provides evidence of host nucleus overthrow by the symbiont nucleus during speciation」的研究論文。其中，安諾基因承擔了該研究中的三代測序、Hi-C輔助組裝等相關實驗和信息分析工作，安諾基因信息分析人員並列為文章共同作者。

微擬球藻屬物種具有單倍體核和無性生殖的特點，便於進行遺傳育種，主要用作魚類幼體、輪蟲的飼料和人類營養食品添加劑，且能夠積累大量多不飽和脂肪酸，可應用於工業。環境適應能力強、個體小、繁殖速度快等優點，讓微擬球藻屬躋身生產生物柴油的優良藻種行列。此前微擬球藻屬中N.gaditana和N.oceanica的基因組進行過Illumina二代測序組裝，基因組大小在28.5 Mb和29.0 Mb之間，基因密度高，內含子含量低，基因間隔短且重複序列少，但是組裝未達到假染色體（pseudochromosomes）水平，不利於開展後續相關基因功能的研究。本研究通過三代長讀長測序和Hi-C輔助組裝技術，進一步將組裝質量提升到假染色體水平，發現了微擬球藻屬物種不同於其他真核生物特有的物種形成途徑。

微擬球藻屬N.oceanica

本文使用PacBio Sequel測序和Illumina測序組裝得到N.oceanica基因組，大小為29.3 Mb，contig N50為664.75 kb。同時利用Hi-C測序，組裝獲得32條假染色體，共鑑定了7,330個非冗餘蛋白編碼基因，BUSCO評估87.1%的基因注釋率和84.2%的注釋基因完整性表明組裝的高質量，可用於後續分析。

Fig.1 N.oceanica基因組組裝結果展示[1]

基於全基因組的Heterokonta微進化分析顯示，絕大多數的N.oceanica蛋白編碼基因在系統發育上與18S rDNA系統發育樹的位置不同，意味著N.oceanica的核與其他Chromista物種的起源方式不同。N.oceanica中與red algae同源的基因所佔百分比與其他Chromista物種中相似，而與Haptophytes和Cryptophytes同源的基因所佔百分比相比明顯低，表明一部分的N.oceanica基因來自於共生核。將N.oceanica與A.anophagefferens和P.tricornutum進行比較，根據它們在系統發育樹上的位置，發現微擬球藻屬物種的核在物種形成過程中主要來源於共生核，其共生體是一種古老的紅藻，在系統發育上遠離現在的單細胞微藻。

早期研究表明，轉運複合物有助於將細胞質核糖體上合成的蛋白質運輸至周質區室和葉綠體基質中。本文研究發現N.oceanica和N.gaditana不含有相應的轉運複合物組分，表明微擬球藻屬物種已進化出與P.tricornutum不同的蛋白質轉運系統。

Fig.2 N.oceanica系統發育分析[1]

微擬球藻屬物種中兩個核融合形成雜交核後通過單倍化減少其遺傳信息，在進化過程中，通過選擇或遺傳漂變喪失多種基因結構和功能，包括運動性和有性生殖。研究發現N.oceanica和N.gaditana中鞭毛相關基因的總數分別為29和17，在一定程度上解釋了微擬球藻屬物種的兩個最顯著的特徵，基因組變小和失去移動能力。此外，發現N.oceanica和N.gaditana中不含有全部保守的減數分裂特異性基因和交配相關基因，表明微擬球藻屬物種已失去有性生殖功能。

Fig.3 N.oceanica細胞融合和核單倍體化物種形成途徑假說[1]

該研究組裝了高質量N.oceanica參考基因組，進行了系統發育分析，發現N.oceanica由宿主原生生物和發生光合作用的古紅藻融合形成，其共生核相比宿主核佔主導地位。此外，N.oceanica已不再形成鞭毛，失去減數分裂和有性生殖的能力。本研究推斷微擬球藻屬在物種形成期間通過先融合再單倍體化的方式使基因組變小，提出了真核生物中存在另一種特殊的物種形成途徑，並且為微擬球藻屬物種的遺傳育種和工業應用提供了重要依據。

自2017年推出三代測序服務以來，安諾優達先後引進了10臺PacBio Sequel和2臺Sequel II測序儀，產品服務類型涵蓋三代基因組組裝、人重測序、動植物重測序、全長轉錄組測序等；累計完成三代項目超800+，其中組裝經驗涉及中草藥、林木、農作物、海洋生物、哺乳動物、昆蟲和人等。日前，安諾優達宣布啟動了ATCG（Annoroad Typical Chinese Genomes Database）資料庫二期計劃，旨在建立「二代+三代」中國人群基因組資料庫，助力挖掘中國人群特有的可靠變異，進一步推動三代測序在中國人群健康研究中的應用。

相關焦點

  • 安諾優達參與的國內首個NIPT團體標準正式發布
    近日,安諾優達參與的國內首個NIPT團體標準——《基於孕婦外周血漿游離DNA高通量測序無創產前篩查胎兒基因組疾病技術標準》正式發布。無創產前篩查(Non-Invasive Prenatal Screening,NIPS)是目前惠及人群最多的基於高通量測序技術的臨床應用之一,已得到眾多醫生與孕婦的認可。
  • 三代基因組測序技術原理簡介
    測序技術的每一次變革，也都對基因組研究，疾病醫療研究，藥物研發，育種等領域產生巨大的推動作用。在這裡我主要對當前的測序技術以及它們的測序原理做一個簡單的小結。第一代測序技術第一代DNA測序技術用的是1975年由桑格（Sanger）和考爾森（Coulson）開創的鏈終止法或者是1976-1977年由馬克西姆（Maxam）和吉爾伯特（Gilbert）發明的化學法（鏈降解）. 並在1977年，桑格測定了第一個基因組序列，是噬菌體X174的，全長5375個鹼基1。
  • 安諾優達攜手中科院遺傳所召開基因組學前沿技術應用研討會
    2020年12月5日，在中國科學院遺傳與發育生物學研究所肖軍研究員的大力促成及鼎力支持下，由中國科學院遺傳與發育生物學研究所和安諾優達生命科學研究院聯合籌辦的基因組學前沿技術應用研討會在北京圓滿落幕。中國科學院遺傳與發育生物學研究所李響研究員以單細胞DNA甲基化測序的那些事兒為主題分享了自己近期在單細胞甲基化領域所做的一些嘗試及其相關研究成果，圍繞自主開發scBRIF-seq方法展開了詳細闡述，為單細胞甲基化的研究提供了新的建庫測序和分析方法
  • 【三代測序傳】——應用概述
    ❝前兩篇三代專題文章介紹了SMRT測序技術優勢最為突出的應用——大型基因組拼裝，這可能也是大家最為了解的三代應用方向了。
  • 三代測序在微生物基因組測序中的應用
    三代測序的讀長最長可以達到40kb以上。高精確：99.999% consensus accuracy，此外，三代測序的誤差為隨機誤差，可以通過測序深度自身矯正（當測序深度大於30X左右時，其準確度可以達到99.999%），以及二代數據進行矯正。
  • 研究思路|三代宏基因組應用案例解讀(第3期)
    隨著新一代高通量測序技術的發展，三代宏基因組測序運用越來越廣泛。美格基因現已推出「三+二」測序服務，三代測序可有效減少部分拼接錯誤，提高基因組組裝準確性和微生物群落鑑定的解析度。以下為大家分享幾篇三代宏基因組應用在腸道樣本中的文獻。
  • 線上精品課堂｜安諾開學季生信培訓班火熱來襲
    隨著基因測序技術的快速發展以及生物信息與大數據科學的交叉應用，生信分析在生物學研究中發揮著越來越重要的作用，已然成為各大優質SCI文章的敲門磚。暑假餘額已不足，新學期即將到來，安諾基因為小夥伴們準備了線上培訓班三聯包，包含單細胞基礎班、三代測序基礎班和單細胞進階班，給大家即將到來的開學季充充電~01 單細胞基礎班培訓形式：線上直播培訓時間：
  • 三代測序數據簡單分析
    簡單介紹：三代測序技術讀長較長，針對比較小的基因組像只有16kbp的人類線粒體
  • 基因組測序原理及其發展歷程
    並在1977年，由桑格老人家測定了第一個基因組序列——噬菌體phiX-174，全長只有5,375個鹼基。雖然與今日的技術比起來根本不算什麼，但自此之後，人類獲得了窺探生命本質的能力，並以此為開端真正步入了基因組學時代。研究人員在Sanger法的多年實踐之中不斷對其進行改進。在2001年，完成的首個人類基因組圖譜就是以改進了的Sanger法為基礎進行測序的。
  • 線上精品課堂｜安諾開學季生信培訓班火熱報名中，更多優惠來襲
    隨著基因測序技術的快速發展以及生物信息與大數據科學的交叉應用，生信分析在生物學研究中發揮著越來越重要的作用，已然成為各大優質SCI文章的敲門磚。暑假餘額已不足，新學期即將到來，安諾基因為小夥伴們準備了線上培訓班三聯包，包含單細胞基礎班、三代測序培訓班和單細胞進階班，給大家即將到來的開學季充充電~單細胞基礎班培訓形式：線上直播培訓時間：9月1-4日培訓費用：699元/人
  • 科學家完成穀子基因組測序
    隨著水稻、玉米、高粱、短柄草等重要禾本科物種的基因組相繼被解密，科研人員更加迫切地希望能夠破解更多的重要禾本科作物基因組，以期能揭示重要禾本科作物的保守性及差異性、闡明禾本科作物的基因組進化過程、進一步挖掘作物重要性狀功能基因。穀子是重要的禾本科作物之一，其脫殼前被稱為穀子，脫殼後被稱為小米，是中國古代最重要的糧食作物，被稱為「五穀之首」，從南到北均曾被廣泛種植。
  • 各代測序技術簡介
    在這個綜述中，旨在對各代測序技術的發展及原理，對基因組測序進行展望。  2 第一代DNA測序技術2.1 背景影響DNA測序成本的因素有許多，例如讀取長度，每秒基數和原始準確度。對這些因素進行優化都可導致測序成本下降。Sanger測序自1977年首次提出以來，一直是生物學研究中最具影響力的創新之一[4]。
  • 產業的崛起:從產前診斷到腫瘤檢測,基因測序開啟預防治療新時代
    測序技術被廣泛應用於基礎研究、醫療、工業、法醫學等領域，市場潛力巨大。根據測序技術的根本原理，目前已經成熟或基本成型的測序技術主要有三代：以Sanger測序為代表的第一代測序，以Illumina邊合成測序為代表的第二代測序，以及以各類單分子測序為代表的第三代測序（有人將尚未成熟的這些新技術進一步劃分為第三代第四代測序，但我們認為目前並沒有太大意義）。
  • 科學家完成世界首個梨基因組測序
    注釋4.2萬個基因，為育種提速 果樹不同於我們常吃的水稻，水稻一代出一次種子，一年能出2—3代，育種周期短，育種效率高。而果樹則有3—5年，甚至更長的童期（類似於人類的未成年期），此時果樹尚未開花結果，果實相關的性狀無法知曉，因此選育一代果樹少則也需要5年左右的時間，而選育成功至少需要10年左右的時間。
  • 基因測序行業研究報告
    （2）基因測序技術的發展現狀 　　自Frederick Sanger提出雙脫氧核苷酸末端終止法以來，測序技術已經歷了近40年的發展，根據核心技術的區別與進步，可以分為三代： 　　圖表12：基因測序技術發展簡圖
  • 基因組與新興生物技術整合研究思路拓展
    圖3 CRISPR/Cas9介導的紫花苜蓿基因編輯研究文章中利用了最新的基因組三代測序技術，獲得染色體級別的紫花苜蓿基因組的同時，攻克了同源多倍體物種基因組組裝難題，組裝獲得了4個單倍型紫花苜蓿基因組，為後續基因編輯研究做了重要的鋪墊，進而通過新技術CRISPR/Cas9基因編輯對控制相應表型性狀基因進行改造，對於紫花苜蓿後續分子生物學研究具有重要而深遠的意義。
  • 芡實與金魚藻三代基因組揭示早期被子植物演化
    ，通過與其它代表性陸生被子植物代表基因組進行了深入的比較分析，揭示了早期被子植物的複雜演化歷史。武漢未來組承擔了芡實和金魚藻的納米孔測序工作。 被子植物，或稱開花植物，是地球上多樣化程度和物種豐富度最高的類群之一，早期被子植物的突然出現和迅速多樣化使被子植物的起源成為著名的達爾文「討厭之謎」。幾十年的努力已經極大地解決了被子植物的系統發育問題，但是主要分支之間的演化歷史始終存在爭議。
  • 美國約翰霍普金斯大學科學家開發了新的第三代DNA測序技術
    隨著基因組時代的到來和人們越來越高的基因序列信息的需求，測序技術得以快速發展。雖然，目前二代的高通量測序仍是在基因組測序和轉錄組測序中應用最廣泛的技術手段，但其存在讀長短、成本高、依賴PCR擴增等缺陷。近年來，不需要PCR擴增便可以用來讀取長片段的第三代測序技術-單分子實時測序技術發展越來越快，並在基因組組裝，甲基化鑑定和基因組結構變化等方面得以廣泛應用。
  • 科學家完成迄今最大基因組測序—新聞—科學網
    如今，火炬松正在書寫一段與眾不同的歷史：火炬松的基因組有221.8億個鹼基對——約為人類基因組的7倍多，是目前已完成測序的最大基因組。 火炬松原產於美國東南部，是美國南方松中重要的速生針葉用材樹種。在基因測序工作伊始，火炬松就被確定為研究對象。然而，火炬松基因組的龐大規模給傳統的全基因組「鳥槍法」測序（只能對短的基因組片段進行測序）出了一道難題。