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【三代测序传】——家山羊基因组de novo拼装

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浏览:- 发布日期:2017-08-02 09:33:34【

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基因组de novo拼装是明显能体现三代测序优势的领域,刚好近期又有一个利用三代测序技术对现有参考基因组进行了大幅改进的报道,小编就再为大家带来一篇基因组de novo拼装的文献解读。

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期刊:Nature Genetics

发表年份:2017年5月

一、研究背景

二代测序获得的参考基因组是比较分散的。近期,为改善育种而进行的山羊参考基因组研究有了新的进展:研究者利用单分子测序和染色质构象捕获等技术获得了一个高质量、高连续的家山羊基因组,可用于开发基因分型工具,能够快速、可靠地分析羊奶、肉质或对恶劣环境的适应等性状。该文还提供了SMRT测序数据不同拼装方法的比较。

二、方法流程 取材

6个品种的96只美国山羊,取其血液DNA作为测序样本。

建库

三代:

共产生了465个SMRT Cell的文库:P5-C3(311个Cell)、P4-C2(142个Cell)、XL-C2(12个Cell),获得了194 Gb(69倍)数据,平均subread长度为5110 bp。

二代:

文库片段大小为300-500 bp,产生了115万条100 bp的双端read。

测序

三代SMRT测序(PacBio RSII)+二代双端测序(Illumina HiSeq)+Hi-C(Phase Genomics, Inc.)+Optical Mapping(BioNano Genomics Irys)。

分析
  1. 家山羊基因组组装

  2. 不同技术进行基因组组装的比较

  3. 组装矫正&与现有参考基因组比较

  4. 功能注释

  5. 结构与核型分析

三、研究结果 家山羊基因组组装

该研究最终获得2.924 Gb的C. hircus基因组,包含680个contig,contig NG50为18.702 Mb,scaffold NG50为87.277 Mb。组装完成的基因组只有649个gap,比之前的参考基因组连续400倍。

不同技术进行基因组组装的比较

图1 | 各种方法拼装结果统计

组装矫正&与现有参考基因组比较

相比之前好的家山羊基因组组装(CHIR_2.0),ARS1的缺失减少了4倍、装配颠倒减少了50倍、trans-scaffold discrepancies只有其一半(‘break end’ (BND) variants: 456)、每100 Mb出现的装配错误减少13次、模糊碱基减少了1000倍。

图2 | 组装基准比较显示组装完成程度高

改进的遗传标记工具和功能注释

图3 | 具有互补scaffold的long-read组装可以解决gap区和长重复区,增强注释效果。

结构与核型分析

ARS1中,通常不存在于二代de novo组装的Y染色体和异染色质区域获得了组装,为研究X、Y染色体的关系提供了资源。

图4 | 家山羊免疫基因簇比对的比较

四、研究结论

该研究中提出的方法获得了染色体级别的scaffold,降低了基因组完成图的成本。据估计,该方法目前成本约为十万美元(所用测序仪器见上文),大约是以类似方式利用二代测序数据构建完成图费用的三倍,但该方法在连续性和质量方面获得了巨大提升,通过二代测序达到类似质量的成本将会高得多。SMRT测序平台仍在发展,预计这种方法能进一步降低成本并改善大量de novo组装的质量。

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