項目文章 | MER：歐易生物助力解析麻蠅的適應性進化

2020-09-05 鹿明蛋白組代謝組

前言

2020 年 8 月 27 日，歐易生物與中南大學基礎醫學院法醫系主任郭亞東課題組合作項目，以題為「Chromosome‐level de novo genome assembly of Sarcophaga peregrina provides insights into the evolutionary adaptation of flesh flies」發表在 Molecular Ecology Resources (IF: 6.286)，該研究首次獲得了棕尾別麻蠅高質量的參考基因組，該基因組將有助於肉蠅的適應性進化和系統發育研究。


中南大學基礎醫學院任立品博士為第一作者，文章中基因組組裝和比較基因組分析由歐易生物協助完成。



研究背景

棕尾別麻蠅（Sarcophaga peregrina），俗稱肉蠅，隸屬於雙翅目麻蠅科，常以腐肉為食，其生態習性與人類生活密切相關。由於其特殊的繁殖方式（卵胎生/卵寄生），麻蠅在與腐爛屍體相關的法醫調查中發揮著至關重要的作用。同時麻蠅也具有重要的生態學作用，可以作為人類和牲畜腸道傳染病和寄生蟲的媒介之一。目前麻蠅科內物種基因組信息較少，制約了這一類重要物種的研究。



研究技術

材料：野生棕尾別麻蠅近交 6 代後，用於進行基因組 de novo 測序

測序技術：Illumina，PacBio (110x)，Hi-C (300x)



研究結果

1. 基因組測序和組裝

經流式細胞儀檢測計算，棕尾別麻蠅基因組大小約為 529.7 Mb；基因組 survey 測序預估雜合度為 2.92%，組裝之後 GATK 進行 SNP calling，雜合率為 1.65%。


利用 PacBio 獲得了 57.83 Gb subreads (subreads N50 = 13.90 Kb)，subreads 經過 Canu v1.6 組裝並經Arrow v 2.1.0 polish 後，獲得的棕尾別麻蠅基因組大小為 560.31 Mb，Contig N50 = 3.84 Mb。通過 BUSCO 評估，組裝出了 97.1% 的完整單拷貝基因。


結合 Hi-C 數據，利用 Juicer 和 3D-DNA 進行染色體掛載，最終獲得的基因組大小為 548.19 Mb，掛載到6條染色體，掛載率為97.96%，BUSCO 評估顯示組裝出了 97.4% 的完整單拷貝基因，說明組裝結果比較完整。

圖片說明：棕尾別麻蠅基因組的組裝統計


圖片說明：棕尾別麻蠅全基因組（包含6條染色體）Hi-C 互作熱圖


圖片說明：棕尾別麻蠅與黑腹果蠅的基因組共線性比較


2. 基因注釋

利用 Augustus v3.0、SNAP、GlimmerHMM、GeneID 進行基因結構的 de novo 預測，通過結合轉錄組測序數據利用 PASA 和 TopHat 進行基因結構的預測，並利用 EVidenceModeler 進行基因模型的整合。最終獲得 15,710 個基因（其中 14,476 個蛋白編碼基因），平均每個基因含有 3.94 個外顯子，平均轉錄本長度、CDS 長度、外顯子長度分別為 7635.25 bp、1404.03 bp、356.4 bp。通過與 NR、Swissprot、TrEMBL、KEGG、KOG、GO、Pfam、InterProscan 資料庫比對進行了基因的注釋。通過 Rfam、TRNAscan-SE、RNAmmer，對 miRNAs、rRNAs、snRNAs、tRNAs 進行注釋。


為了識別串聯重複序列和轉座元件，使用 RepeatMasker、RepeatProteinMask 和Tandem Repeat Finder 對重複序列進行注釋。結果顯示重複序列約佔棕尾別麻蠅基因組 45.70%，其中 DNA 轉座子約佔 12.35%。同時利用 MicroSAtellite Identificaiton Tool 在基因組中鑑別到 456,324 個 SSRs。


3. 基因家族鑑定和系統發育分析

使用 DIAMOND，將蚊科的埃及伊蚊和甘比亞伊蚊，棕尾別麻蠅和其他 9 種雙翅目物種蛋白質序列進行比對，使用 OrthoFinder 進行比對結果的聚類。結果顯示，在棕尾別麻蠅中共鑑別到 9,636 個基因家族（包含 13,039 個基因），其中 13 個基因家族（106 個基因）是該物種所特有的。

圖片說明：棕尾別麻蠅基因家族鑑定結果


通過 MAFFT 和 Gbolcks 對 5,622 個單拷貝基因家族進行比對，利用 RAxML 進行系統進化樹構建，利用 MCMCTREE 估計分化時間，結果顯示 8 種蠅類聚集成一個大支，麻蠅科和麗蠅科親緣關係最近，它們之間的估計分化時間為 32.53 百萬年。而在麻蠅科內，棕尾別麻蠅和 S. bullata 親緣關係最近，它們約在 7.14 百萬年之間從共同祖先分化而來。


4. 基因家族的擴張與收縮

利用 Computational Analysis of Gene Family Evolution（CAFE） 進行基因家族的擴張與收縮分析，結果顯示 1,191 個基因家族發生收縮、568 個基因家族發生擴張，這些基因主要參與水解酶合成、胺基酸代謝、脂肪酸合成酶活性等信號通路。692 個基因受到了正選擇，它們主要參與脂肪酸α-羥化酶活性、表皮形態發生、轉移酶活性等。

圖片說明：棕尾別麻蠅的基因家族擴張與收縮分析結果



研究結論

本研究首次組裝獲得了棕尾別麻蠅染色體水平的基因組，基因組結構和功能分析揭示了肉蠅系統發育的多樣性。該基因組不僅為揭示棕尾別麻蠅和其他食腐肉物種的適應性進化提供了重要的資源，也為進一步研究昆蟲進化在大規模系統發育工程中的應用填補了空白。



參考文獻

Ren L, Shang Y, Yang L, et al. Chromosome-level de novo genome assembly of Sarcophaga peregrina provides insights into the evolutionary adaptation of flesh flies. Mol Ecol Resour2020; doi: 10.1111/1755-0998.13246.




END

本文系歐易生物原創

轉載請註明本文轉自歐易生物



相關焦點

  • 歐易/鹿明生物助力科學家發現腸道微生物改善自閉症樣行為
    ——李影5.您最早是從哪裡了解到歐易/鹿明生物的？項目為什麼選擇和歐易/鹿明生物合作？在我研究生階段，課題組的測序類項目就一直在歐易生物檢測了。經過這麼多年的合作，我們對於公司的服務內容、價格、測序結果、售後服務都一直挺滿意的，所以有需要公司服務類項目，也就直接找歐易了。
  • 6篇16S rRNA基因測序+代謝組學聯合項目文章助力您快速發文
    本篇小鹿總結了16S+代謝組學的研究熱點方向，希望這6篇16S+代謝組學文章可以更好的助力您的科學研究。/鹿明生物技術：LC-MS非靶向代謝組（由鹿明生物提供技術支持）、16S rRNA基因測序、轉錄組最近在《Gut》和其它雜誌上發表的12篇文章表明，腸道微生物群影響生育能力。
  • 中外科學家首次解析小麥適應性進化機制—新聞—科學網
    山東農大供圖 生物脅迫和非生物脅迫被認為是驅動生物遺傳多樣性和新物種形成的主要成因。但在不存在地理隔離的情況下，植物是否存在適應性進化從而形成新物種，尚鮮有證據。 3月3日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）在線發表山東農業大學與電子科技大學、以色列海法大學等團隊在小麥物種進化領域的重要突破，闡明了同域情況下野生二粒小麥生態適應性進化機制，首次搭建了生物脅迫和非生物脅迫下植物同域物種形成機制模型，同時為小麥野生種質資源的發掘利用提供了理論參考。
  • 大麥適應性進化和物種形成領域取得新進展
    近日，《Advancedscience》雜誌在線發表了農學院宋衛寧教授團隊題為《Genomic and Phenotypic Divergence in Wild Barley Driven by Micro-geographic Adaptation》的研究文章。
  • 海洋所魚類複雜性狀快速適應性進化遺傳機制研究獲進展
    該研究從基因組水平揭示魚類快速適應淡水生境的遺傳學基礎，為生物複雜性狀快速適應性進化的分子機制提供新認知，並對預測生物應對環境變化的適應性進化策略具有理論價值。　　環境變化背景下生物的適應性進化是生物多樣性產生的重要機制。儘管生物表型為應對環境改變可以發生快速適應性進化，但是對於複雜性狀快速適應的遺傳機制的理解目前仍較為匱乏。
  • 客戶文章|8篇文章,平均IF:10.1 帶您看盡蛋白質組學研究方法
    本篇由歐易/鹿明生物合作客戶上海交通大學醫學院範先群教授課題組發表在《Autophagy》的」ZNNT1 long noncoding RNA induces autophagy to inhibit tumorigenesis of uveal melanoma by regulating key autophagy gene expression「運用lncRNA 晶片、iTRAQ 蛋白質定量技術探究
  • 北京基因組所等開發完成基於K-mer的基因組組分分析資料庫
    在過去的幾十年中，人們往往使用高度保守的基因家族進行系統進化分析，採用全基因組序列進行系統進化分析並不普遍。目前，基於是否進行序列的比對，分子系統發生樹的構建分為兩類。其中，不需要進行序列比對的方法是依據K-mer向量計算的距離矩陣進行系統進化分析，大量的研究證實該算法是行之有效的，尤其是對基因組中諸如蛋白編碼序列等的特定區域。
  • 歐易/鹿明生物蛋白/代謝方向17位合作課題組老師順利發文
    2020 年 11月，歐易/鹿明生物蛋白/代謝方向共收錄到17篇項目文章，主要包括：iTRAQ標記定量蛋白組學、TMT標記定量蛋白質組學、PRM靶向蛋白驗證、LC-MS/GC-MS非靶向代謝組學、GC-MS靶向代謝組研究等。
  • 宋衛寧教授團隊在大麥適應性進化和物種形成領域取得新進展
    近日，《Advancedscience》雜誌在線發表了農學院宋衛寧教授團隊題為《Genomic and Phenotypic Divergence in Wild Barley Driven by Micro-geographic Adaptation》的研究文章。
  • 蜜蜂蜂麻蠅(肉蠅)的防冶方法
    蜂麻蠅又名肉蠅。是以幼蟲的形態寄生於蜜蜂體內引起的寄生蟲病。1．生物學特性及症狀成蠅銀灰色，體長6-9毫米，雌性和雄性蜂麻蠅通常在蜂場以外的地方活動，而受孕的雌蠅則盤旋在蜂場上空，攻擊蜜蜂，並在其頭、胞部產卵，蠅卵孵化成幼蟲即鑽入蜂體內，以其內臟器官為食，最後病蜂只剩下一個外殼。病蜂多數在4～5天死亡。
  • 歐易微生物多樣性測序助力客戶登陸環境科學TOP期刊
    Technology（IF：7.539）雜誌在線發表了題為「Insight into the effect of nitrogen-rich substrates on the community structure and the co-occurrence network of thermophiles during lignocellulose-based composting」的研究論文，深入解析了堆肥過程中添加富氮底物對嗜熱微生物群落結構的影響
  • 禽流感病毒宿主適應性「基因調頻」的進化特徵
    在感染過程中病毒基因組會發生適應性進化，例如PB2基因的627位點會發生由禽特徵性的穀氨酸（627E）替代為哺乳動物特徵性的賴氨酸（627K），這在哺乳動物細胞培養試驗、小鼠和雪貂等動物感染模型中得到驗證。但在感染人的過程中，H7N9禽流感病毒在人體呼吸道中的進化特徵，及其與患者臨床發病之間的關聯尚不明晰。
  • 項目文章|iTRAQ定量蛋白質組學助力南京農大茶樹抗寒機制研究
    前言 歐易/鹿明生物合作客戶南京農業大學課題組在BMC Plant Biology期刊發表的題為 「Physiological and iTRAQ-based
  • 初中生物練習題之生物的進化
    北師大版生物八年級下冊第21章第2節生物的進化（二）同步訓練題和解析   　　課堂達標訓練   　　1.19世紀，關於生物進化的原因，提出著名的自然選擇學說的生物學家是   　　()   　　A.達爾文B.孟德爾C.胡克D.巴斯德
  • 武漢植物園古老孑遺植物群體基因組學和適應性進化研究獲新成果
    揭示環境多元的異質性與生物遺傳變異之間的相互作用是理解物種進化歷史的關鍵，為研究全球氣候變化下生物的適應性進化和瀕危物種的保護提供了重要理論依據。然而，對於非模式物種，環境變化如何促進物種分化以及適應性進化的遺傳基礎知之甚少。
  • 歐易關鍵基因篩選報告
    歐易重磅推出關鍵基因篩選報告，對表達到功能選取重要指標進行打分，同時根據生物學意義賦值及權重設置，錨定關鍵基因，將結果可視化呈現，一應俱全。您只需根據「一張表」，對其中各項內容進行組合篩選，便能獲得您想要的關鍵基因。
  • 深圳先進院等利用遷徙進化實驗揭示合成生物建構原理
    該研究將空間定植、實驗性進化與合成生物技術結合起來，研究物種空間定植的最優策略。研究發現對於空間定植，並不是遷移速率越快的種群越有優勢，過快的遷移速率會使種群變得不穩定，容易被遷移速率小的種群所入侵，種群在不同大小生境的定植，都對應著一個最優的遷徙和生長策略。
  • 癌症:生物進化的殘酷代價
    比如，人類和蒼蠅的共同祖先可以追溯到6億年前，而癌症易感生物的更廣泛類別的收斂點則要追溯到10億年前。這意味著癌症一直伴隨著多細胞生物（後生動物），而且這是合情合理的。不言而喻，癌症是一種身體疾病，所以說單個細菌患有癌症毫無意義。但是，「身體」並非一直存在。
  • 初中生物練習題之生命起源和生物進化參考答案
    7.D解析：原始鳥類和原始哺乳類都是由原始爬行類進化而來的，D項能正確的表示脊椎動物的進化歷程。   　　8.D解析：越久遠的地層中的化石生物越簡單、越低等，水生生物居多；越晚近地層中情況則相反。化石證據能證明生物進化的三大趨勢。   　　9.B解析：原始單細胞生物要完成生命活動，必須依賴於周圍的水環境。
  • 1995年考研英語閱讀第五篇解析—本文是關於記憶和遺忘方面的文章
    然而，進化論的解釋可能會使人很難理解通常逐漸的遺忘過程是如何經自然選擇生存下來的。在思考記憶的進化過程及其他相關方面時，考慮下面這個問題是很有益處的，即，如果記憶不能漸漸消失將會出現什麼情形。從進化論解釋遺忘是第二段的內容，該段第二、三句談到，「一段時間由於缺乏實踐，學到的東西往往就會忘記（漸進性地遺忘），其適應性結果就顯得不太明顯。然而戲劇性地突然遺忘的例子可以被看作具有適應性，即動物在自然選擇的過程中倖存下來的能力」，但是末句又談到「進化論的解釋可能使人很難理解漸進的遺忘過程是如何經過自然選擇生存下來的」。