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      安諾優達單體型基因組組裝新品發布,為基因組學提供全新的分析思路和方案
      2022-06-21 14:25

      基因組組裝技術的應用極大地推動了基礎生命科學和醫學研究領域的發展。傳統的基因組組裝策略由于忽略同源染色體之間的差異,不可避免的會遇到嵌合體基因組,無法區分同源染色體的等位基因表達的差異,同源染色體修飾差異等。為了打破這種局限性,單體型基因組組裝技術順勢而生,現已成為高精確基因組組裝和精準位點篩選的突破性技術。


      為了深入地探究單體型基因組組裝技術在物種進化、分子育種和遺傳病研究上的應用,解析等位基因遺傳表達機制和遺傳調控機理,安諾優達推出單體型基因組組裝技術,現已將此技術應用在多倍體、高雜合的基因組組裝和人常染色體遺傳病分子靶標篩選等領域。為了促進學術交流,加強新技術的應用,2022年6月18日安諾優達線上舉辦了“單體型基因組組裝技術新品發布會”。

       

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      在本次新品發布會上,首先由安諾優達CEO李志民先生和PacBio中國區總經理吳應光先生進行了開場致辭,對基因組技術的發展創新,新產品的廣泛應用及未來兩公司的深入交流合作表達了高度期許。


      新品發布環節中,安諾優達李營博士為大家分享了新產品的相關內容,三種單體型基因組組裝方案及實測數據。安諾優達根據二倍體、四倍體的倍性差異和有無親本數據分別提出ADPA、AUPPA和ATPA方案。


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      ADPA(有親本二倍體單體型組裝方案)是基于雙親本二代數據獲取特異k-mer,并利用k-mer對HiFi序列進行分型,之后使用Hi-C掛載到染色體水平。除contig N50之外,單體型塊的平均長度block N50也是重要評估指標,block N50越長越好,contig N50/block N50越接近1,分型準確性越高。安諾優達的實測數據表明,ADPA的block N50高于其他方法約18%-172%,雖然method A的block N50與ADPA接近,但是contig N50/block N50最低。


      在解決部分物種難以獲得準確的親本序列的問題上,安諾優達提出AUPPA(無親本二倍體單體型組裝方案):初步組裝后,將序列回比獲得SNP,利用SNP和Hi-C對組裝后的contig進行分型,之后使用Hi-C掛載。安諾優達實測數據發現,AUPPA的block N50最高,超過其他三個方法11倍!AUPPA的contig N50/block N50和switch error也表現優秀。


      為了解決同源度高不易組裝的問題,安諾優達開發了基于近緣二倍體物種的ATPA(同源四倍體單體型組裝方案)分型方案:利用雙親本或研究物種的近緣二倍體物種的基因組,利用reads在基因組中的SNP信息對序列進行初步分型,結合深度信息再次對未分型數據再次分型后組裝,然后使用Hi-C掛載,從而達到4套同源染色體的拆分。測試數據表明,高度同源四倍體的染色體間存在差異,等位基因形成模式仍然有待深入研究。


      安諾優達實測數據表明,在獲得高質量二倍體單體型基因組的方法上,ADPA最優,AUPPA次之。異源/同源四倍體都可以實現較好分型,但是近緣二倍體對同源四倍體分型(ATPA)是必需的。


      新品發布環節結束后,進入了專家報告環節,由中國農業科學院作物科學研究所的周美亮研究員進行線上主持。


      北京林業大學的鈕世輝教授帶來了題為《超大基因組裝注釋策略及面臨的挑戰》的報告分享。鈕教授介紹了油松超大基因組組裝注釋過程中遇到的一些難題及解決方法,并表示油松基因組的組裝象征著我們已經具備高質量組裝任何超大基因組的能力。然而,針葉樹基因結構注釋比基因組組裝有更大的挑戰。其中主要原因是針葉樹中具有大量超大內含子,平均長度是被子植物的20倍,也給基因結構注釋帶來了嚴峻挑戰。最后,鈕教授指出超大復雜基因組項目仍面臨的一些挑戰:多倍體物種復雜基因組的正確分型組裝與基因注釋等,不斷發展的新測序技術和組裝技術在解決這些關鍵問題上正發揮著越來越重要的作用。

       

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      中國科學院植物研究所的焦遠年研究員帶來了題為《被子植物基因組解析的進化研究》的報告分享。植物是陸地生態系統的主體,生物多樣性是長期進化的產物。而被子植物類群物種豐富且多樣性很高,被子植物的起源和快速分化是進化生物學家關注的熱點問題,也是難點。焦遠年研究員表示,多倍化是新性狀起源、生物多樣性形成以及作物馴化和改良的重要原因之一。焦遠年研究員介紹了本人及團隊主導并參與的陸地植物代表性物種的基因組測序和研究工作。焦遠年研究員表示,基因組測序為植物進化、新性狀起源、作物馴化和改良等提供了極其重要的數據基礎;高質量基因組(單倍型、T2T、單細胞)將為更全面、更準確、更有趣的生命現象提供可能;越來越多的物種基因組解析可以讓我們充分認識基因組進化特征和規律,進而理解物種進化的過程和未來發展;大數據時代下,進化研究也將真正深入到生命科學領域的各個研究方向。

       

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      廣州醫科大學附屬第三醫院的范勇研究員帶來了題為《單細胞測序技術在生殖遺傳領域的研究與應用》的報告分享。首先介紹輔助生殖技術面臨的挑戰,單細胞測序技術可以助力輔助生殖,在降低生殖缺陷,生殖和遺傳相關疾病的篩查、診斷和治療方面有非常重要的作用。接著介紹了單細胞測序技術在輔助生殖中的單基因病篩選、精子發生發育、胚胎單細胞轉錄組調控機制、胚胎單細胞表觀修飾及著床發育等方向的成功研究應用案例。最后展望了單細胞測序技術未來在腫瘤、微生物、神經科學和免疫學中的應用前景。

       

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      華南農業大學的夏瑞教授帶來了題為《嶺南水果荔枝的起源和演化歷史及開花調控》的報告分享。夏瑞教授結合多種測序技術和組裝技術,獲得了完整的 “妃子笑”荔枝基因組,大小為470 Mb,含有15條假染色體。后續利用改進的單倍型組裝技術,獲得了兩套單獨的單倍型基因組,并發現13,517對等位基因在不同組織中存在差異表達。極早熟荔枝種質傾向比對到一個單倍型基因組上,可能起源于云南野生荔枝群落;遲熟荔枝傾向比對到另一個單倍型上,起源于海南野生荔枝群落;而早熟荔枝則來源于極早熟荔枝和遲熟荔枝的雜交。對荔枝開花相關基因的分析發現,存在特異的基因擴增事件和COL基因3.7kb的序列缺失可能與荔枝花期調控有重要關系。關于荔枝基因組和馴化歷史的結果將加速荔枝及其它相關無患子科植物的基礎研究和遺傳改良。

       

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      PacBio公司的資深生物信息科學家Wilson Cheng帶來了題為《5-base HiFi Sequencing-Accuracy,Read Length & Methylation Calling》的報告分享。Wilson介紹了PacBio HiFi測序可通過檢測酶動力學,在進行DNA測序時直接對堿基修飾進行檢測。HiFi測序可檢測DNA上的5mC甲基化修飾,無需特殊的文庫制備流程,如亞硫酸鹽處理或特殊的分析流程。測試數據證明,HiFi測序的5mC檢測與其它甲基化檢測方法的結果高度一致,且通過HiFi 5mC 還能夠獲得單倍型的甲基化信息。此外,Wilson還向我們展示了HiFi數據在人類細胞系、人類罕見病、非人類脊椎動物和植物上檢測5mC的優秀表現。

       

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      中國中醫科學院中藥研究所的徐江副研究員帶來了題為《藥用生物分型基因組研究》的報告分享。藥用生物是天然藥物的主要來源。由于物種眾多,基因組特性差異較大,對其基因組的解析構成挑戰。徐江研究員分別以靈芝和黃花蒿為代表,介紹了不同方法在解決不同特性基因組分型過程中的應用。首先以靈芝為例,介紹了使用多種關鍵技術(PacBio+Bionano+Hi-C)解決靈芝單體型基因組裝以及基于單體型對靈芝酸合成途徑的解析;其次以黃花蒿為例,介紹了基于組裝的兩個株系4套單體型在青蒿素生物合成途徑等問題的應用;徐江研究員認為靈活采用多種技術有助于基因組分型,單體型基因組的研究能夠大大促進藥用生物的解析,為藥用生物產業的科學發展提供支撐。

       

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      最后中國海洋大學的包立隨副教授帶來了題為《單體型基因組與復雜性狀的解析》的報告分享。變異與性狀是生命科學領域中永恒的議題,探索并理解其互作關系是發育、進化、疾病研究中的核心問題。包立隨教授分別從以下三個方面介紹了單體型基因組學應用在變異介導的復雜性狀研究領域展現出的巨大潛力。首先是斑點叉尾鮰的適應性性狀解析,講述了單體型基因組組裝在雌雄序列分型上的獨有優勢,以及在性染色體與性別決定基因的定位與進化研究中的應用;其次是扇貝的性染色體進化,通過8種主要扇貝科物種染色體水平組裝解析了扇貝的性別決定基因等問題;最后以癌癥的復雜結構變異為例,介紹了通過偶聯復雜變異的單體型定相技術,可加深對染色體重排與癌癥發生機制的理解。包立隨教授通過上述三個研究案例,向大家梳理了單體型基因組技術的發展如何助力后基因組時代復雜性狀的研究。


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      本次會議安諾優達提出的單體型組裝方案可以實現準確且便捷的分型。未來,單體型組裝技術可以更好地解決等位基因表達差異、染色體重排、單體型特異性插入問題,并為加速基因組編輯發展提供有效方案。我們期待未來安諾優達能夠在基因組測序和組裝技術上不斷開拓和創新,加速推動基因組組裝技術在生命科學和醫學研究領域上的更廣泛應用。

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