项目文章|Nanopore测序破译栽培桑树基因组，解决桑树物种分类、染色体组倍性争议，揭示湖桑起源之谜

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5月16日，西北农林科技大学蚕桑丝绸研究所、动物科技学院和西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室、蚕学与系统生物学研究所等多家单位联合在Molecular Plant在线发表题为“Chromosome-level reference genome and population genomic analysis provide insight into the evolution and improvement of domesticated mulberry (Morus alba L)”的论文，首次报道了栽培桑树的高质量参考基因组，明确了栽培桑树为二倍体，在分子水平对桑树种质进行重新分类，并提出湖桑品种起源的新见解。该研究是桑树学研究的重大突破，为桑树进化、性状改良和功能基因研究提供了理论基础，改变了桑树基础研究进展迟滞的局面，为解决生产瓶颈问题提供了理论依据。西北农林科技大学焦锋副教授，博士生罗荣松、代学雷和刘慧为共同第一作者，西北农林科技大学钱永华教授、姜雨教授和西南大学赵爱春教授为共同通讯作者。希望组科技服务为本研究提供了Nanopore和Hi-C测序服务。
栽培桑树白桑(Morus alba)的染色体倍性是一个存在广泛争议的问题，早在20世纪初有研究认为白桑是二倍体，具有28条染色体（2n=2x=28），而2013年野生种川桑基因组公布，川桑为包含14条染色体的二倍体，据此有学者推测栽培桑树是四倍体，染色体基数为7。 

图1 “荷叶白”的植物形态、核型分析和基因组组装结果。

研究者选择栽培桑树“荷叶白”（又名湖桑32号）为研究对象（图1ABC）。核型分析表明，栽培桑树“荷叶白”的体细胞有丝分裂过程和花粉母细胞减数分裂过程中，28条染色体形成规则的14对二价体（图1D）。利用Nanopore+短读长+Hi-C策略进行基因组测序和组装，最终获得了基因组大小为346.39 Mb，scaffold N50为22.87 Mb的栽培桑树基因组（图1E）。利用该高质量基因组进行系统发育树构建，发现野生川桑和栽培桑树分化时间已有10.1个百万年（图2A）。与葡萄和桃树基因组共线性分析发现，栽培桑树基因组除了具有双子叶植物共有的γ古六倍化事件之外，没有新的全基因组加倍（WGD）事件发生。因此，栽培桑树基因组为二倍体，并非来源于野生川桑基因组的同源或异源加倍。

图2 （A）白桑（Morus alba）与川桑(M. notabilis)的分化距离在~10.1个百万年左右，（B）白桑与葡萄（Vitis. vinifera）和桃（Prunus persica）基因组共线性分析。

现有栽培桑树按照形态学特征分为白桑、鲁桑、山桑、广东桑和瑞穗桑五个种，并不能真实反映桑树品种之间的系统发育关系。本研究收集了132分栽培桑树种质（除广东桑外）进行重测序，获得了14.27Mb的单核苷酸多态性（SNP）数据，利用该数据构建系统发育树，没有得到与形态分类相似的聚类结果，在分子水平将白桑、鲁桑、山桑和瑞穗桑这4种栽培桑树种鉴定为同一物种，即白桑（Morus alba L）。

图3 134份桑树种质资源的群体结构、核酸多样性分析

群体结构分析将134份栽培桑树种质划分为三个大群：中国湖桑群体，中国北方和西南群体，日本群体（图3A）。系统发育和主成分分析均表明中国桑树群体与日本桑树群体遗传距离较远，湖桑与来自于北方和西南地区的桑树具有明显的分化距离（图3BCD）。遗传多样性分析显示，湖桑的遗传多样性只有其他群体的一半，有强烈的人工选择痕迹。因此，太湖流域的湖桑与其他桑树群体在更早时期就已分开，成为一个独特的品种支系。同时自唐代以来，我国桑蚕业核心区域南移，湖桑作为独立种质资源受到了江南人民持续有目的的选育。这与崧泽遗址的孢粉学研究和吴兴钱山漾考古学证据可以相互印证。

总之，本研究利用Nanopore测序和Hi-C技术首次报道了栽培桑树白桑“荷叶白”的参考基因组，并证实28条染色体的栽培桑树属于二倍体。首次用基因组数据明确了栽培桑树物种分类，认为白桑、鲁桑、山桑和瑞穗桑都属于一个物种，即白桑（Morus alba L）。同时本研究还证实，分布于江浙地区的湖桑是经过长期的强烈人工选择之后形成的一个独特品种支系，阐明了湖桑的起源进化关系。本研究为桑树进化、性状改良和功能基因研究提供了理论基础，改变了桑树基础研究进展迟滞的局面，为解决生产瓶颈问题提供了理论依据。

奋斗的青春-希望组青年突击队助力武汉新冠核酸筛查“十天大会战”

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5月11日，武汉市新冠肺炎疫情防控指挥部紧急决定，在全市范围内开展全员新冠病毒核酸筛查“十天大会战”，计划在10天以内对全市1000多万人进行新冠核酸筛查。这是一场全民大检查，关系到每个单位、每个家庭、每个人员的健康与安危。一座千万人口的特大城市，发起了对新冠病毒的最后一战。作为位于武汉的本土企业，希望组时刻牢记社会责任和使命，再次勇挑重担，迅速组织一支百余人的青年突击队，全力以赴迎战“十天大会战”。

本次核酸检测大会战时间紧、任务重、范围广；对样本的接收、运输以及实验环节的管理都是巨大挑战。希望组迅速组织起一支百人突击队，从仪器准备、物料采购、人员培训及分时排班等多方面进行科学合理的资源调配，并进一步加强实验室质量控制（希望组医学检验实验室通过全国新冠病毒核酸检测室间质量评价），从而保质保量完成任务，服务好武汉抗疫大局。

本次希望组青年突击队的成员绝大多数是“八零后”“九零后”，但是突击队成员积极向上的精神和昂扬的斗志，自信的笑容感染了参加大会战的每一个同事。穿着厚重的防护服，长达八小时的连续工作不吃不喝，并没有打垮大家的战斗欲望，突击大队三班倒，保证样本录入、核酸提取、样本检测24小时不停歇，单日检测样本峰值达到了4万人份以上。

在提升检测能力的同时，我们也丝毫不放松质量控制。2020年3-4月，希望组陆续满分通过国家和省级新冠病毒核酸检测室间质评活动，也针对此次大会战制定了专门的质量控制措施，通过科学设计检测流程，严格控制运行环节，确保每一份检测结果的可靠性。大会战期间武汉市、区各级卫建委及相关部门多次进行现场监督检查，对希望组科学的检测流程、严格的生物安全防护、高效的检测速度给予肯定。

 
5月24日，武汉新冠核酸筛查“十天大会战”接近尾声，希望组也交出一份优异的答卷。连续10天不间断运行，希望组累计检测样本量超20万份，单日最高检测量达到了4.1万份！每一份检测结果都凝聚着希望组成员的汗水，为武汉市民重启新的生活做出自己应有的贡献！

希望组线上课堂|三代测序基因组、转录组前沿应用

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2020.5月6日-25日每周一、三、五晚8点-9点
希望组线上课堂来了！5月6日-25日，每周一、三、五晚8点-9点，为大家带来三代测序技术在复杂基因组组装、全长转录组、单细胞转录组等研究领域的前沿应用分享，课程内容涵盖实验技术、分析方法、研究策略等，干货满满，不容错过！
讲师风采
王洋
 
毕业于清华大学生命科学学院，师从国际知名分子遗传学家薛定教授，于2016年获得博士学位，并以一作身份在Nature Communication等杂志上发表文章，在分子生物学、细胞生物学、遗传学、基因组学等领域拥有丰富的科研经验，精通各种生物学常见实验技术手段。深度理解Oxford Nanopore、PacBio及Bionano平台的技术特点、应用场景及各种实验方案。
胡江
 
希望组科技服务生信研发总监 具有近十年高通量数据分析的经验，熟悉常用生物信息学软件、数据库，并精通Python，C、R以及高通量数据分析常见算法、流程，主持开发基于三代数据的组装NextDenovo以及矫正NextPolish软件，参与发表10多篇包括Nature Genetics 、Nature Communications、Science在内的文章，专注于三代测序技术在基因组学及转录组学的应用。
梁帆
 
毕业于武汉大学，从事生物信息研发和分析工作近十年，参与多项基因组学，转录组学和群体遗传学项目的数据分析工作。2011年起，参与人类群体和植物群体的分析工作；2014年起，参与三代测序在基因组、转录组、微生物多个方向的应用研发和分析工作；2017年起参与三代测序在遗传病、肿瘤方向的应用研发和分析工作。项目成果文章20余篇，先后发表在Nature Genetics、Developmental Cell等杂志上。
刘雷
 
武汉大学遗传学博士，多年三代测序行业经验，主导并参与多项基因组学，转录组学研究项目设计与技术支持工作，以共同作者和主要参与者发表的项目成果SCI文章10余篇。
吴双菊
 
希望组生产实验部门负责人，毕业于武汉大学药学院，生物化学与分子生物学博士。主要负责ONT（Oxford Nanopore Technologies）平台新产品研发及产品优化，包括ultralong测序、微量建库、全长转录组测序、RNA直接测序等产品的研发及流程优化。
李净净
 
2013年硕士毕业于深圳大学，曾任华大基因算法工程师，参入原CG平台LFR组装软件开发。国内早期从事基于Long Reads(Pacbio/Nanopore/Bionano/Hi-C)平台项目执行、产品推广，拥有丰富的动植物基因组项目实战经验。
孙宗毅
 
希望组科技服务全国销售总监，具有近5年的组学数据分析经验，熟悉常用生物信息学软件、数据库，并精通Python、Perl语言和基因组组学分析算法、流程，擅长处理复杂基因组、超大型基因组组装问题。
汤冬
 
希望组科技服务转录组生信分析主管，毕业于南京农业大学，致力于转录组方向的生物信息分析，有丰富的全长转录组和单细胞分析经验，精通各类测序平台数据特点，近两年以来主攻ONT（Oxford Nanopore Technologies）平台的转录组数据的应用。
封力
 
希望组科技服务资深生信分析工程师。生物化学与分子生物学硕士，长期从事转录组分析，精通二代RNA-Seq、全长转录组分析流程及方法，开发了多种转录组分析流程。

Bionano 光学图谱，真实之美！

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Bionano Saphyr 光学图谱作为基因组学研究的重要工具，其关键技术DLS标记（Direct Label and Stain）能够在不产生任何物理损伤的情况下，完成基因组DNA标记，从而获得完整、真实的超长DNA标图谱，分子N50长度最高可达300kb以上！
“眼见为实”的DNA景观

Bionano光学图谱展现了天然DNA分子的真实景观。利用SP DNA分离试剂盒获得超长DNA分子，用直接标记染色法(DLS)进行无损荧光标记，通过纳米微流控芯片将每一条DNA分子线性化展开，并进行高分辨率荧光成像，为基因组学下游应用提供原始DNA景观。这一真实的基因组物理图谱，为基因组组装提供了染色体尺度的框架，并能高效检测到大片段纯合子和杂合子结构变异。

混合组装高质量基因组，Scaffold百倍提升！

Bionano光学图谱提供了基因组染色体级别的宏观框架，可以对Nanopore或PacBio测序拼接的Contig序列，进行排序和定位，并准确估计相邻Contig gap长度，同时可以识别并纠正Contig组装中潜在的错误连接，生成高质量的Scaffold序列。

图1 Bionano光学图谱与Contig序列混合组装。利用从头组装的Bionano光学图谱对Contig序列进行排序定位。

混合组装将最初的数千个Contigs缩减至少量Scaffold，提高了组装的准确性和质量，显著改善组装基因组的连续性。希望组基于Bionano saphyr Gen2平台数据能够将组装基因组Scaffold N50提升至124.65Mb，提升效果高达121倍！

校正Hi-C组装错误

Hi-C技术能够将短的序列Contig连接到染色体长度的Scaffold上。然而，这种高度随机的基于核内染色质交联频率的统计方法，在Contig排序和定向上有大量的错误。Bionano光学图谱可以帮助识别并纠正这些错误（图2）。

图2 某植物Hi-C基因组组装与Bionano光学图谱比对。Bionano光学图谱可以识别出Hi-C装配过程中错误定位的5个Contigs。在差异区域，长读测序技术与Bionano结构一致，进一步支持Bionano装配的准确性。

检测基因组结构变异

Bionano光学图谱可以利用单分子荧光标记检测结构变异，包括平衡易位、重复扩张、侧翼重复，甚至是大片段重复的重排，能够特异性展示基因组真实结构（图3）。

图3 Bionano光学图谱（蓝色）与参考序列（绿色）比对检测基因组结构变异。

希望组在2019年引进高通量Bionano Saphyr Gen2平台，目前Gen2平台数据产出稳定，已完成上百个辅助基因组组装和结构变异检测项目。希望组科技服务“感恩回馈，服务增值”活动火爆进行中，新签订Bionano Gen2测序项目即可获赠Nanopore测序或Hi-C文库。

活动详情咨询当地科技顾问，或邮件联系sales-support@grandomics.com，希望组科技服务，为您的科研之路保驾护航！

马尾松毛虫——首个枯叶蛾科昆虫染色体水平基因组

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近日，中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所、首都师范大学、中国科学院植物生理生态研究所、希望组科技服务等多家单位，联合在Molecular Ecology Resources期刊发表题为”Chromosome-level genome assembly of an important pine defoliator,Dendrolimus punctatus (Lepidoptera; Lasiocampidae)”的研究论文。该研究利用三代测序技术结合Hi-C技术组装出马尾松毛虫染色体水平基因组，为这一重要林业害虫的生物学过程、功能与进化研究提供了重要遗传资源。中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所张苏芳副研究员为第一作者。中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所张真研究员，首都师范大学生命科学学院张爱兵教授，中国科学院植物生理生态研究所黄勇平研究员、詹帅研究员，以及希望组韩玲玲博士为共同通讯作者。希望组彭炯、任平平为本研究共同作者。希望组承担了该研究中三代测序、组装和部分分析工作。

松毛虫（Dendrolimus）是鳞翅目、枯叶蛾科、松毛虫属的统称，是发生量大、危害严重的主要森林害虫。其中的典型代表，马尾松毛虫（Dendrolimus punctatus）幼虫取食松针，爆发期间连片松林数日内被蚕食精光，远看枯黄、焦黑，如同火烧一般，常称为“不冒烟的森林火灾”，给林业生产造成重大的经济损失。然而，从分子生物学角度对松毛虫成灾机理方面的探索比还较少，限制了我们深入理解其成灾的内部分子机理。因此，亟待从其本身的遗传和基因组角度深入探究松毛虫的成灾机制，才能形成更加有效的可持续控制体系。

图1 马尾松毛虫生活史。(a) 卵 (b) 幼虫 (c) 蛹 (d) 雌性成虫 (e) 雄性成虫

本研究以自然群体中马尾松毛虫雌性成虫为样本，k-mer分析显示基因组大小约为596.1Mb，杂合度1.70%，属于高杂合基因组。随后，利用PacBio测序技术结合Hi-C染色体构象捕获技术，组装出包含30条染色体的马尾松毛虫高质量基因组。最终版本基因组大小为614 Mb，contig N50为1.39 Mb，scaffold N50 为22.15 Mb，Hi-C挂载率为 96.96%。组装基因组质量评估发现，99.7%的短读长数据会比至基因组，BUSCO完整性评估达到96.4%，表明组装出的马尾松毛虫基因组序列完整、错误率低。研究者将马尾松毛虫分别与两个鳞翅目昆虫（斜纹夜蛾、家蚕）基因组进行比较，基因共线性程度高，符合前人提出的鳞翅目昆虫基因位点或共线性排序相似的研究结论，再次证实马尾松毛虫的高质量基因组。马尾松毛虫基因组共注释到17,593个蛋白编码基因，其中15,914个基因获得了功能注释，重复序列占全基因组的56.16%。

图2 马尾松毛虫染色体水平组装。(a) 马尾松毛虫Hi-C热图。 (b) 马尾松毛虫与斜纹夜蛾基因组共线性图。 (c) 马尾松毛虫与家蚕基因组共线性图。
利用马尾松毛虫与其他11种昆虫的1,170个单拷贝直系同源基因构建系统发育树。小菜蛾（P. xylostella）位于鳞翅目昆虫进化枝的最基部，马尾松毛虫与家蚕亲缘关系最接近，并可能与美国白蛾额、斜纹夜蛾、松异舟蛾的共同祖先在108.91百万年前发生分化。发生分化后，马尾松毛虫有2,104个基因家族发生扩张，1,900个基因家族收缩。扩增的基因家族中与外源化合物降解和解毒系统相关的基因显著富集。

图3 马尾松毛虫与其他11种昆虫的系统发育树

随后研究者在马尾松毛虫基因组中鉴定了与解毒相关的基因家族，并与其他鳞翅目昆虫的相似基因家族进行了比较。马尾松毛虫中共鉴定到132个P450基因，转录组数据显示编码P450的基因表现出幼虫偏倚的表达模式。马尾松毛虫中P450基因家族的CYP3族相比家蚕有明显的扩张，既往研究表明，CYP3家族成员参与了外源化合物代谢和杀虫剂抗性，并与宿主植物的某些防御化学物质的耐受性有关。马尾松毛虫CYP3家族基因进化扩展和幼虫期表达偏倚可能与对松针抗性化合物的耐受性有关。

图4 (a)P450基因在马尾松毛虫四个发育时期表达情况。(b) 马尾松毛虫（红点）与家蚕基因组中P450基因的三个族。

高质量的马尾松毛虫基因组将为在基因组水平研究这一重要林业害虫的各种生物学过程提供机会，并将为马尾松毛虫和其他枯叶蛾科昆虫的功能和进化研究提供有价值的资源。

Nature index：2020年自然指数年度榜单 希望组勇夺中国测序行业第二名

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4月30日，Nature Index网站更新了最新的自然指数排名（统计自2019年1月1日至2019年12月3 […]

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再次突破！希望组自动化Hi-C纠错挂载流程实现大型基因组染色体水平组装

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继攻克大型基因组组装难题后，希望组科技服务开发出自动化Hi-C纠错挂载流程，不仅能纠正组装序列的错误，还解决了大型基因组Hi-C挂载错误多，难以人工校正的问题，实现大型基因组从草图到染色体水平组装的全流程技术突破。

目前，利用Hi-C技术将基因组草图序列高精度地定位到染色体，并确定其在染色体上的顺序和方向，构建出染色体水平基因组，已经成为动植物基因组de novo组装的标准配置。然而，某些具有大型基因组的物种很难获得染色体水平的基因组，一方面，大型基因组草图组装难度大，已经发表的大型基因组，组装指标普遍较低，Contig N50多在Kb级别；另一方面，碎片化的大型基因组草图，导致Hi-C挂载率普遍不高组内错误较多，并且几乎无法通过人工方式进行调整。缺少染色体级别的基因组序列，严重阻碍了大型基因组染色体进化、比较基因组及三维基因组研究工作。

针对大型基因组组装问题，希望组基于NextDenovo自主组装算法结合纳米孔测序的超长读长优势，已完成了多个10Gb以上大型基因组的测序组装工作，获得的大型基因组的Contig N50均在Mb水平，基因组完整性也较高，为实现染色体水平的组装奠定坚实基础。

基于高质量的基因组草图，大型基因组的Hi-C挂载率提升明显（95%以上），但是热图显示组内挂载错误较多（图1）。使用传统的软件或人工可以对比较小的基因组进行Hi-C热图校正，但是大型基因组几乎无法采用这种方法。

图1 某大型基因组Hi-C初始挂载热图（左）和自动化纠错、校正后的Hi-C热图（右）

为此希望组开发出自动化Hi-C纠错挂载流程，可以进行Hi-C互作热图绘制展示和组装结果调整，从图形上快速校正已有组装的错误。某大型基因组经过自动化Hi-C纠错、校正以后组内错误得到了极大改善，热图中邻近的序列间（对角线位置）交互强度高，而非邻近的序列之间（非对角线位置）的交互信号强度弱，在对角线以外区域没有明显的噪音（较强交互强度），证明基因组组装效果较好（图1）。

大型基因组的测序和组装仍是世界性难题，希望组通过自主研发NextDenovo组装算法、攻克纳米孔超长测序瓶颈、开发自动化Hi-C纠错挂载流程，最终实现大型基因组从草图到染色体水平组装全流程的技术突破。这是希望组在基因组组装领域持续深耕多年的技术实力的集中体现。

对大型基因组组装感兴趣？

请联系希望组当地科技顾问，或发送邮件至sales-support@grandomics.com。

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N50提升121倍！希望组Bionano Gen2辅助组装实力展示！

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希望组在2019年引进Bionano新版Saphyr Gen2平台，目前Gen2平台数据产出稳定，辅助基因组组装N50提升可达121倍，效果惊艳！

Bionano Gen2平台采用最新版本纳米微流控芯片，单张芯片具有三个FlowCell，每个FlowCell产出高达1300Gb，每张芯片理论上可获得最高3.9Tb的数据。希望组多个项目实测数据均能达到1300Gb，每100Kb平均标记数量在13个以上，有效数据N50在240Kb以上，数据产量和质量完全满足后续分析需求。

希望组Bionano Saphyr Gen2实测数据展示


Bionano提供真实的DNA物理图谱，能够有效解决复杂动植物基因组组装中出现的错误，同时大幅度提升组装版本连续性，甚至实现染色体水平组装。希望组基于Bionano Gen2数据能够将组装基因组scaffold N50提升至124.65Mb，提升效果高达121倍！

 

希望组BionanoGen2辅助组装项目案例

BionanoGen2数据通量提升至Tb级别极大拓展了其应用范围，在动植物基因组研究领域完美适配大型基因组，在医学研究中可用于人类面肩肱型肌营养不良症（FSHD）的诊断。
为回馈广大客户，希望组隆重推出服务增值活动：即日起，体验Bionano Saphyr Gen2平台，即可获赠ONT PromethION芯片免费测序和免费Hi-C文库增值服务。

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庆五一，迎开学，希望组三代测序感恩大回馈！

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庆五一迎开学,希望组三代测序感恩大回馈！

风雨洗礼后的中华大地生机无限，史上最长寒假也终于接近尾声，全国各地高校陆续发布了师生返校安排。自疫情发生以来，全国人民精诚团结，倾力支援武汉，谱写了中华民族一首首感人肺腑的诗篇！作为一家位于湖北武汉的科技服务型公司，我们也感念于全国客户多年以来的大力支持，借此机会，希望组科技服务正式开启“感恩回馈，服务增值”活动，回馈全国高校、科研单位老师同学，让科研基金尽其所用，助力您的新学期科研工作加速开展！

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第二弹—希望组2020三代基因组文章集锦-动物篇

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动物基因组一直以来都是组学研究领域的热门，近年来越来越多的动物基因组研究极大地推动了人们对于人类起源、物种演化、医学、病虫害防治及濒危动物的保护等方面的认知及研究。今年以来希望组多平台动物基因组研究也是成果丰硕，下面就由组学君给大家分享几篇昆虫和水产方向案例文章，与您一起探讨动物基因组的奥秘！
重要农业害虫温室白粉虱
Chromosome-level genome assembly of the greenhouse whitefly (Trialeurodes vaporariorum Westwood)合作单位：中国农业科学院蔬菜花卉研究所发表期刊：Molecular Ecology Resources

影响因子：7.049

发表日期：2020.03.27

三代测序平台：PacBio Sequel

温室白粉虱（Trialeurodes vaporariorum Westwood）与烟粉虱是两类分布广泛、危害严重的农业害虫，能够危害蔬菜、花卉、果树等112个科653种植物，并且对多种杀虫剂具有抗性。目前已有多个烟粉虱基因组被测序组装，而白粉虱仍缺少高质量的参考基因组。本研究利用Illumina+PacBio策略组装出787.4 Mb的白粉虱基因组，随后利用Hi-C数据将778.0 Mb (98.8 %)的序列挂载至11条假染色体（Scaffold N50=70Mb, BUSCO 93.4%）。系统发育分析表明白粉虱与烟粉虱在87.27百万年前（Mya）发生分化，远早于烟粉虱不同生物型的分化时间。白粉虱与烟粉虱的比较基因组分析发现，4个天冬氨酸蛋白酶家族在白粉虱基因组中有显著扩张，可能与其特有的寄主偏好性有关。白粉虱与烟粉虱基因组之间有13个P450基因存在共线性，并且白粉虱基因组中细胞色素CYP6亚家族中的4个基因表现出显著的扩张，这些基因可能在白粉虱对新烟碱类化合物的代谢和抗药性中起重要作用。本研究公布的高质量白粉虱基因组，为粉虱科农业害虫的害虫抗性管理和抗药性研究提供了重要资源。

图1温室白粉虱与烟粉虱不同生物型基因组关键指标比较

中国特有鱼类黑尾近红鲌
High-quality genome assembly and transcriptome of Ancherythroculter nigrocauda,an endemic Chinese cyprinid species合作单位：九江学院药学与生命科学学院发表期刊：Molecular Ecology Resources

影响因子：7.049

发表日期：2020.03.26

三代测序平台：PacBio Sequel

黑尾近红鲌（Ancherythroculter nigrocauda）属于鲤科近红鲌属，是我国特有物种和重要的长江经济鱼类。黑尾近红鲌迄今尚未有参考基因组，限制了对其生物学特性的深入分析以及优质种苗的选育。研究者利用Illumina+PacBio策略装出1.04Gb的黑尾近红鲌基因组，contig N50为3.12Mb。结合Hi-C数据将97.2%序列挂载到24条染色体上，BUSCO数据库评估该基因组完整性为95.6%。注释结果显示，黑尾近红鲌基因组共预测到34,414个蛋白编码基因，其中27,042个基因（78.5%）得到功能注释，含有56.1%转座子序列。随后研究者利用12个脊椎动物基因组中的712个单拷贝直系同源基因构建系统发育树，发现黑尾近红鲌与武昌鱼亲缘关系最近并于8.79百万年前分化。黑尾近红鲌与普通鲤鱼、武昌鱼、草鱼、斑马鱼和日本青鳉的比较基因组分析发现，黑尾近红鲌基因组中有366个基因家族发生了扩张，有72个正向选择基因。大部分扩张基因家族和正向选择基因在黑尾近红鲌脑部高表达，表明这些基因可能在黑尾近红鲌的大脑发育中发挥重要作用。转录组数据分析发现，在黑尾近红鲌10个组织中，与环境信息处理、循环系统和生长发育等相关的10,732个基因的表达具有组织特异性。该高质量基因组为黑尾近红鲌种群保护及功能基因组学研究提供了宝贵资源。

图2 黑尾近红鲌24条染色体Hi-C热图

法医昆虫学重要物种巨尾阿丽蝇
Chromosome-level genome assembly of Aldrichina grahami, a forensically important blowfly合作单位：中南大学基础医学院发表期刊：GigaScience

影响因子：4.688

发表日期：2020.03.19

三代测序平台：PacBio Sequel

巨尾阿丽蝇（Aldrichina grahami）是重要的法医昆虫学物种，它的生长发育速度和生命周期可以为死亡时间推断提供重要信息；其肠道内容物中提取的人类DNA物质，可以为案件侦破提供新的切入点和线索。巨尾阿丽蝇基因组尚未公布，这阻碍了它在法医研究中的进一步应用。本研究利用PacBio+Hi-C策略组装出包含6条染色体的巨尾阿丽蝇基因组，contig N50 为1.93 Mb，基因组完整性评估BUSCO达到了99.2%，基因组连续性与完整性均高于其他4个双翅目有瓣蝇类。基因组注释发现，巨尾阿丽蝇基因组包含48.02%的重复序列，共预测到12,823个蛋白编码基因，其中99.8%的基因获得功能注释。利用11个物种的2,989个单拷贝基因进行系统发育分析，巨尾阿丽蝇与铜绿蝇聚在同一分支，并且在约26百万年前分化。基因家族分析表明，巨尾阿丽蝇有102个扩张的基因家族和280个收缩的基因家族，还有198个基因家族在基因组中丢失。最后研究者绘制了巨尾阿丽蝇与黑腹果蝇基因组共线性图，以及巨尾阿丽蝇染色体上的基因密度分布图。高质量的巨尾阿丽蝇基因组资源将有助于加深对其独特生物学特征的理解，从而增强昆虫学证据的可靠性，促进其在刑事司法调查中的应用。

图3 （A）巨尾阿丽蝇与黑腹果蝇基因组共线性图；（B）巨尾阿丽蝇染色体基因密度分布图

重要商品蟹三疣梭子蟹
Chromosome-level genome assembly reveals the unique genome evolution of the swimming crab (Portunus trituberculatus)合作单位：盐城师范学院、西北工业大学发表期刊：GigaScience

影响因子：4.688

发表日期：2020.03.26

三代测序平台：Nanopore

梭子蟹(Portunus trituberculatus)是我国重要的商品蟹种，广泛分布于渤海、黄海、东海、南海等沿海水域。过度捕捞导致梭子蟹自然种群大幅下降，目前已开始人工养殖。本研究利用BGISEQ+Nanopore+Hi-C策略组装出三疣梭子蟹染色体水平基因组，为梭子蟹的生殖研究提供重要资源。梭子蟹基因组初步组装大小为1.00 Gb，Contig N50为4.12 Mb，随后结合Hi-C数据组装出梭子蟹的50条染色体，Scaffold N50 高达21.79 Mb，基因组完整性评估BUSCO也达到94.7%。基因组注释发现，约54.52%的基因组被鉴定为重复序列，共16,796个蛋白编码基因获得功能注释。利用覆盖7个物种的1,018个单拷贝基因构建系统发育树，梭子蟹与中华绒螯蟹和对虾亲缘关系较近，分别在约183.5和428.5百万年前发生分化；进化速度方面以梭子蟹为参照，对虾进化速率最慢，果蝇和蝴蝶进化速率相对较快。

图4 梭子蟹的基因组特征圈图

圆点斑芫菁基因组揭示斑蟊素合成通路
Draft Genome of a Blister Beetle Mylabris aulica合作单位：陕西师范大学发表期刊：Frontiers in Genetics

影响因子：3.517

发表日期：2020.01.08

三代测序平台：Nanopore

圆点斑芫菁（Mylabris aulica）属鞘翅目芫菁科，也称为斑蝥。其受到袭扰后能产生一种具有刺激性的防御物质斑蝥素(Cantharidin)，具有抗炎、抗病毒、增强免疫调节活性的作用。最新研究表明斑蝥素及其衍生物能够抑制多种类型癌症的增殖，但其人工合成因为条件苛刻一直无法规模化生产。目前对芫菁科昆虫体内斑蟊素的合成机制研究主要是用比较转录组的方法推测可能的相关基因，但代谢通路完全不清楚。研究者利用纳米孔测序技术组装出288.5Mb的圆点斑芫菁的基因组，scaffold N50为467.8kb，预测的重复序列占50.62%，BUSCO完整性评估达97.9%，相比已经报导的两种已知斑蝥基因组，该组装连续性、完整性都得到了极大提升。根据基因组数据对圆点斑芫菁的遗传背景进行分析，表明圆点斑芫青与其他芫菁科昆虫基因背景几乎完全相同，分化时间也极短。随后研究者在“萜烯类主链生物合成”途径中发现了30个基因家族，它们参与了斑蝥素的生物合成，并且对其中两个功能未知的基因BMGene00496和BMGene01890进行了功能注释。总之，本研究利用纳米孔测序技术组装出了圆点斑芫菁的基因组草图，对斑蝥素生物合成相关的可能基因和途径进行了分析，为后续圆点斑芫菁研究以及斑蝥素生物合成提供了宝贵资源。

图5 圆点斑芫菁相比两个近源斑蝥，基因组连续性和完整性均有大幅度提升。

2020希望组合作文章列表

参考文献：
1. Xie, W.,He, C., Fei, Z. & Zhang, Y. Chromosome-level genome assembly of thegreenhouse whitefly ( Trialeurodes vaporariorum Westwood). Mol Ecol Resour(2020) doi:10.1111/1755-0998.13159.
2. Zhang,H.-H. et al. High-quality genome assembly and transcriptome ofAncherythroculter nigrocauda , an endemic Chinese cyprinid species. Mol EcolResour (2020) doi:10.1111/1755-0998.13158.
3. Meng, F. etal. Chromosome-level genome assembly of Aldrichina grahami, a forensicallyimportant blowfly. GigaScience 9, giaa020 (2020).
4. Tang, B. etal. Chromosome-level genome assembly reveals the unique genome evolution of theswimming crab (Portunus trituberculatus). GigaScience 9, giz161 (2020).
5. Guan, D.-L.et al. Draft Genome of a Blister Beetle Mylabris aulica. Front. Genet. 10, 1281(2020).