硬核爆发-希望组2020三代基因组文章集锦-植物篇

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2020年，希望组合作项目好文不断，截止2020年4月，希望组基于三代测序技术的基因组、转录组项目文章已发表17篇，其中不乏Nature Genetics、Nature Plants等高分文章。今天组学君就给大家盘点一下植物方向部分案例文章，为大家解锁发文经典套路！

高质量基因组揭示棉花A亚基因组起源[1]

Genome sequence of Gossypium herbaceumand genome updates of Gossypium arboreum and Gossypium hirsutumprovide insights into cotton A-genome evolution合作单位：武汉大学高等研究院发表期刊：Nature Genetics

影响因子：25.455

发表日期：2020.04.13

三代测序平台：PacBio RSII&Sequel

异源四倍体棉花A亚基因组和D亚基因组的起源一直是科学家想要回答的问题，目前学界公认D亚基因组的供体为雷德蒙氏棉D5，但是A亚基因组的起源仍存在争议，没有确切证据支持其来源于非洲棉A1或亚洲棉A2。本研究利用三代测序技术组装了首个草棉基因组（var. Africanum，A1, n=x=13），并对亚洲棉和陆地棉基因组进行了更新。通过比较基因组分析、基因组进化及群体遗传分析，理清了非洲棉A1、亚洲棉A2和A亚基因组之间的进化关系：A亚基因组与非洲棉A1、亚洲棉A2有着共同的祖先A0（已灭绝），在约1.0−1.6百万年前A0与雷德蒙氏棉D5形成异源四倍体棉花AD，约70万年前A0分化出非洲棉A1与亚洲棉A2（图1）。这一模型的提出结束了许久以来异源四倍体棉花A亚基因组起源的争议，为棉属研究提供了重要理论指导和遗传资源，加快了棉花主要农艺性状的遗传改良进程。

图1 棉花A基因组起源与进化模型（a）和重要进化事件（b）

ONT测序助力攻克首个高质量角苔参考基因组[2]

The hornwort genome and early land plant evolution合作单位：中国科学院植物研究所、福建农林大学、深圳仙湖植物园、比利时根特大学发表期刊：Nature Plants

影响因子：13.297

发表日期：2020.02.10

三代测序平台：Nanopore PromethION

苔藓类包括苔、藓和角苔三大分支，是现存最早的陆生植物，在植物演化过程中代表从水生到陆生的过渡类型。角苔类以其难解的系统位置、独特的形态特征、以及其与细菌、真菌广泛共生的特异现象而备受关注。本研究采用Nanopore+illumina策略，结合系列精细设计的去污染流程，克服细菌内源污染，获得了第一个高质量的角苔参考基因组。通过与其他苔藓植物以及陆生植物的比较基因组分析，确定了苔藓类植物的单系性，角苔是苔和藓的姊妹群，位于苔藓分支的最基部；基因组学分析表明角苔具有与简单的形态结构相适应的低冗余度基因组（图2）；基因家族分析发现了其中与RNA编辑、紫外线保护以及逆境响应相关基因家族的扩张；同时角苔还受益于从土壤细菌和真菌转移而来的基因，丰富了其氧化还原、胁迫响应和代谢相关的基因组分。以上一系列研究揭示了角苔这一类群对陆地环境的适应机制。

图2 芽胞角苔与18个绿色植物的比较基因组分析。a, 基于OrthoMCL的基因家族聚类比较。b, 19个绿色植物的基因家族获得(+)/丢失(-)情况比较，红框标注苔藓类群分支。c, 芽胞角苔、小立碗藓和地钱的全基因组加倍事件分析。

高质量油桐基因组，荣登GPB期刊“封面故事”[3]

Tung Tree (Vernicia fordii) Genome Provides AResource for Understanding Genome Evolution合作单位：中南林业科技大学发表期刊：Genomics, Proteomics & Bioinformatics

影响因子：6.597

发表日期：2020.04.07

三代测序平台：PacBio RSII

油桐（Vernicia fordii）为大戟科油桐属落叶乔木，在我国有1000多年的栽培利用历史，是世界性的木本油料树种。本研究选用高纯合体“葡萄桐”为基因组测序材料，采用Illumina+PacBio RSII测序，组装出大小为1.12 Gb油桐基因组，结合Hi-C技术将95.15%的序列被挂载到11条假染色体上。研究者基于高质量油桐参考基因组，进行了一系列数据分析与挖掘。通过比较基因组学揭示了重复序列爆发所驱动的油桐基因组扩张机制；结合17个不同发育阶段的组织/器官的RNA-seq数据，构建了油桐全基因组尺度的可视化表达谱网站；构建了桐油生物合成全景图，探究油脂合成的复杂机制。油桐基因组的破译，具有重要的科学理论价值和广泛的产业应用价值，本研究以“封面故事”的形式发表在《Genomics, Proteomics &Bioinformatics》。

图3 油桐（a）及其基因组景观（b）

白木香—瑞香科第一个染色体水平基因组[4]

Genome sequence of the agarwood tree Aquilariasinensis (Lour.) Spreng: the first chromosome-level draft genome in theThymelaeceae family合作单位：中国热带农业科学院热带生物技术研究所发表期刊：GigaScience

影响因子：4.688

发表日期：2020.03.02

三代测序平台：Nanopore GridION

图4 白木香（a）及其基因组Hi-C热图（b）

白木香（Aquilaria sinensis (Lour.)）是传统名贵药材和天然香料“沉香”的重要基源植物，良好的医药价值和巨大的经济效益，导致了对白木香的掠夺式采伐，其野生资源已日渐枯竭。本研究采用Illumina+Nanopore GridION X5 +Hi-C策略组装出首个染色体水平白木香基因组，基因组大小726.5 Mb，scaffold N50为88.78 Mb，BUSCO分析结果为95.2%。单拷贝同源基因的系统发育分析表明白木香与可可树及陆地棉亲缘关系较近，其共同祖先在大约53.18-84.37百万年前分化。白木香高质量基因组的发布，为野生白木香种群保护生物学、沉香结香机制和香味基因及树种的进化研究奠定良好基础。

园艺观赏植物文竹染色体水平基因组[5]

Chromosome-level genome assembly,annotation and evolutionary analysis of the ornamental plant Asparagussetaceus合作单位：河南师范大学发表期刊：Horticulture Research

影响因子：3.368

发表日期：2020.04.01

三代测序平台：Nanopore GridION

文竹（Asparagus setaceus）又名山草、云竹、云片松，有“文雅之竹”的美称，是具有极高观赏价值的园艺植物。本研究采用Illumina+Nanopore GridION X5 +10X Genomics+Hi-C策略，完成了710.15 Mb的高质量文竹基因组，contig N50 为1.36 Mb。分析表明文竹基因组包含28,410个编码基因，其中25,649个(90.28%)获得功能注释，重复序列占全基因组的65.59%，且大部分为长末端重复序列。文竹是雌雄同株植物，其近源种芦笋为雌雄异株，进化分析估算，文竹与芦笋在约9.66百万年前发生分化，并且文竹经历了两次全基因组复制事件。对二者基因组的比较研究为植物性染色体的进化研究提供新的线索。另外研究者在文竹基因组中鉴定到762个特异基因家族，96个正向选择基因和76个抗性基因。文竹高质量基因组的完成为天门冬属植物比较基因组研究提供了新的遗传资源，有利于性染色体的演化及天门冬属的演化研究。

图5 文竹高质量基因组。（a）文竹。（b）基于1002个单拷贝直系同源基因的系统发生树。（c）文竹基因组景观。（d）文竹与芦笋基因组线性比较

铁核桃染色体水平基因组[6]
Chromosomal-levelassembly of Juglans sigillata genome using Nanopore, BioNano, and Hi-Canalysis合作单位：南京林业大学、云南省林业和草原研究院经济林研究所发表期刊：GigaScience

影响因子：4.688

发表日期：2020.02.26

三代测序平台：Nanopore GridION

铁核桃（Juglans sigillata）属于壳斗目胡桃科胡桃属，是我国云南省的重要经济树种。铁核桃与栽培种核桃（Juglansregia）亲缘关系密切，在中国西南部核桃与铁核桃表现出显著的同域分布模式，但是针对铁核桃的分子生物学研究较少。研究人员利用Illumina+Nanopore GridION X5组装出 536.50 Mb的铁核桃基因组草图，利用Bionano光学图谱数据将Scaffold N50提升至16.43 Mb，最后结合Hi-C数据将93%的序列挂载到16条假染色体，组装质量远优于大部分近源种参考基因组。基因组注释共预测30,387个编码蛋白基因，整个基因组的50.06%为重复序列。系统发育分析表明，栽培核桃与铁核桃在约49百万年前发生分化。本研究为胡桃科相关物种的基因组研究以及分子育种提供了宝贵的资源。

图6 铁核桃与其近源种基因组比较

2020希望组合作文章列表
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参考文献：

1.     Huang, G. et al. Genome sequence of Gossypium herbaceum andgenome updates of Gossypium arboreum and Gossypium hirsutumprovide insights into cotton A-genome evolution. Nat Genet (2020)doi:10.1038/s41588-020-0607-4.

2.     Zhang, J., Fu, X., Li, R. et al. The hornwort genome and early landplant evolution. Nat. Plants 6, 107–118 (2020).https://xs.scihub.ltd/https://doi.org/10.1038/s41477-019-0588-4

3.     Zhang, L. et al. Tung Tree (Vernicia fordii) Genome ProvidesA Resource for Understanding Genome Evolution and Improved Oil Production.Genomics, Proteomics & Bioinformatics S167202291830216X (2020)doi:10.1016/j.gpb.2019.03.006.

4.     Ding, X. et al. Genome sequence of the agarwood tree Aquilariasinensis (Lour.) Spreng: the first chromosome-level draft genome in theThymelaeceae family. GigaScience 9, giaa013 (2020).

5.     Li, S.-F. et al. Chromosome-level genome assembly, annotation andevolutionary analysis of the ornamental plant Asparagus setaceus. HorticRes 7, 48 (2020).

6.     Ning, D.-L. et al. Chromosomal-level assembly of Juglanssigillata genome using Nanopore, BioNano, and Hi-C analysis. GigaScience 9,giaa006 (2020).

让生命充满希望！——“希望组”“未来组”品牌整合

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2011年8月，我在武汉创立了“武汉未来组”。当时的想法非常简单，从华大基因出来，不偷老东家的“一行代码、一个产品、一个人、一项技术”，独立创业，如果能活着就继续做，如果不行就转行做会计，反正之前还考过注册会计师，注册税务师，应该不难。“未来组”品牌的寓意是：持续推动新的组学技术的发展，一直引领新的组学技术的应用，不停创新，从而创造价值。
2012年10月，我们选择了将“三代测序”作为我们主要的战略方向，从而成为了中国首家三代测序服务公司。从细菌、线粒体、叶绿体基因组完成图开始，逐步拓展到真菌近完成图和动植物基因组精细图，一直到人类基因组高质量参考基因组，我们将基因组组装的技术极限不停的推向前沿，也带动了整个领域的变革。看到现在基因组组装领域，已经基本上完全被三代测序所垄断，当时还是不曾预计到的，这只是三代测序技术基本取代二代测序技术的第一个应用领域，以后也许还会有更多。
2014年，我们成立了“北京希望组”，准备开始涉足精准医学领域，继续拓展三代测序的应用场景。这一次，基本上是在一个无人之境探索，整个世界都没有真正意义上的三代测序精准医学产业，零星的三代测序医学研究已经开始，但是远不是主流。在目睹了一个病友家庭历时七年、为了一种罕见病（多囊肾）的诊断和产前诊断，求医问药，历尽艰辛之后，最后因为我们是三代测序公司而找到了我们，我受到了强烈的震撼，原来疾病可以让人如此的绝望，原来测序技术是可以如此的改变人生，造福人类。“希望组”品牌由此而生，我们想用最新的技术，解决难以解决的问题，从而“让生命充满希望”。
接下来几年，我们一边继续拓展三代测序在动植物领域的应用：开发了NextPolish和NextDenovo系列软件，在国内三代测序基因组组装也算是唯一的拥有自主开发组装软件的公司；引进了Oxford Nanopore技术平台大幅进入动植物组装领域，因为ONT技术的高通量、低成本，大大拓展了动植物基因组组装项目的效率，随着ONT技术的成熟和成本的进一步降低，ONT组装动植物基因组已经成为很多实验室自建平台，独立开展动植物基因组研究的最佳选择。在此基础上，我们又进一步基于ONT平台的Ultra-long Reads技术进行探索，再结合PacBio Sequel II的HIFI Reads技术、Bionano光学图谱、Hi-C技术，将动植物基因组组装也提高到了“近完成图”标准，即将在近期开始推广。
另一方面，我们在三代测序精准诊断领域，也一直在不停的探索与积累：借助PacBio Sequel技术平台，拓展了HLA分型和遗传病诊断Panel的应用，借助Bionano Genomics平台，我们开发了面肩肱肌肉营养不良（FSHD）的精准诊断技术，借助Oxford Nanopore技术平台，我们开发了遗传病诊断、病原微生物快速诊断、辅助生殖诊断技术以及肿瘤基因组诊断Panel，可以说已经全面覆盖了精准医学的方方面面。
然而，无论客户、投资机构、政府部门等行业内外相关者，都对于我们两个品牌感到困惑，让我产生了整合品牌的冲动，尤其是以下一些缘故：
1）2019年有一天，无意中看到一个同行公司的宣传：他们在Nature Index上面行业排名领先，技术如何好，市场如何好，但是，我突然发现原来我们的指标如果把未来组与希望组加起来，其实超过了这家行业领导公司。看起来，原来连Nature也不知道我们“未来组”与“希望组”是一家啊！看起来，我们两个品牌”NextOmics”和”GrandOmics”的分隔，在国际上也引起了困惑。
2）2019年，作为中国的一件大事，就是“香港事件”。期间我一直在思考，为什么会有这样的结果，当然原因有很多，其中一个重要的原因，我个人觉得就是品牌不统一，大陆是“中国”品牌，香港是“香港”品牌。我再看我们自己公司，其实也是一样，一部分是“未来组人”，一部分是“希望组人”，其实也是不统一的，这样的事情，改变一个国家的治理，不是很容易，但对于一个公司来说，还是可以很快调整的。
3）2020年，大家都经历了一次非常魔幻的开局，还没有来得及大干一场，一年的1/4就这样匆匆而过，我们作为发源于武汉，主要的生产基地都在武汉的公司，也积极的投入到了抗疫的工作之中，协助火神山、病毒所等多个单位进行紧急的科技攻关。疫情给我们带来了极大的困难，也给我们带来了难得的机遇，让我们崭露头角，我们趁此机会与301医院一起，开发了借助Oxford Nanopore技术平台的病原微生物快速诊断与生物信息分析平台，大量的成果即将逐步公开。但是，在参加抗疫的过程中，我们感觉很多来自于全国各地的援助国家医疗队也是对我们未来组与希望组两个品牌感到困惑，让我再一次感到了品牌分隔的压力。

疫情之后，一切都改变了。

也许这是一个要改变人类生活方式，生产方式，合作方式的“大历史”事件。

武汉在重启，我们公司也在重装，整个公司将更加聚焦技术创新、应用落地、服务客户、创造价值。为了更好的传递公司的战略、价值观与技术创新，我们在今天：2020年4月13日，正式启动“希望组”与“未来组”品牌统一的工作。以后，将统一使用“希望组”品牌，用于我们的“科技服务”、“诊断服务”、“生物信息”、“诊断产品”四大业务模块。“未来组“品牌将暂时保留到以后的其他业务模块之用。
特作文以记之。汪德鹏

2020年4月13日于武汉

武汉希望组医学检验实验室满分通过全国新型冠状病毒核酸检测室间质量评价

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近日，国家卫生健康委临床检验中心公布全国新型冠状病毒核酸检测室间质量评价结果，武汉希望组医学检验实验室满分通过，并获得室间质评合格证书。

关于全国新型冠状病毒核酸检测室间质量评价

核酸检测是新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）确诊的重要手段，为了解我国新型冠状病毒（2019 novel coronavirus， 2019-nCoV；国际病毒分类委员会将2019-nCoV命名为SARS-CoV-2）核酸检测的开展现状及质量状况，帮助临床实验室发现检测中存在的问题并进行改进，使得核酸检测在疾病防控工作中更好地得到应用，国家卫生健康委临床检验中心于2020年3月开展了新型冠状病毒核酸检测室间质量评价。本次“全国新型冠状病毒核酸检测室间质量评价”主要评价实验室对新型冠状病毒核酸检测的能力，重点考察实验室检测的分析性能，包括分析敏感性和分析特异性。

 

室间质量评价（EQA，external quality assessment），是多家实验室分析同一标本、并由外部独立机构收集和反馈实验室上报的结果、以此评价实验室操作的过程。通过实验室间的比对判定实验室的校准、检测能力以及监控其持续能力。室间质量评价是国际公认的临床实验室全面质量管理的重要组成部分，也是世界上多数国家临床实验室行政管理和实验室认可的基本要求。

武汉希望组医学检验实验室满分通过全国新型冠状病毒核酸检测室间质量评价，证明了武汉希望组新冠病毒核酸检测结果的可靠性、稳定性，有能力为一线抗疫提供高效精准的核酸检测筛查。同时，武汉希望组正在开发基于纳米孔测序技术的冠状病毒全基因组检测技术，与基于qPCR的技术形成有力互补，为疫情防控提供关键技术支持！

项目文章||九江学院张化浩博士研究团队发表中国特有物种黑尾近红鲌高质量基因组

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2020年3月26日九江学院药学与生命科学学院、赣州市水产研究所和西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室等多家研究单位，在Molecular Ecology Resources期刊发表题为”High-quality genome assembly and transcriptome of Ancherythroculter nigrocauda,an endemic Chinese cyprinid species”的研究论文。该研究利用三代测序技术结合Hi-C技术组装出中国特有鲤科鱼类黑尾近红鲌的染色体水平基因组，基因组大小为1.04 Gb，contig N50为3.12Mb。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。九江学院药学与生命科学学院张化浩博士、张小谷教授，西南大学代方银教授为共同通讯作者。未来组承担了该研究中的三代测序及分析工作。
黑尾近红鲌（Ancherythroculter nigrocauda）属于鲤科近红鲌属，是我国特有物种，仅分布于长江中下游，是重要的长江经济鱼类。近年来，由于过度捕捞、水坝建设和水污染，导致黑尾近红鲌自然种群急剧减少成为濒危物种。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。
图1  黑尾近红鲌
研究者利用流式细胞术及Kmer-based 方法估计黑尾近红鲌基因组大小在890~920Mb，杂合度0.7%。随后，利用PacBio Sequel对其进行测序，获得101.8Gb平均reads长度10.6Kb的过滤后数据，从头组装出1.04Gb的黑尾近红鲌基因组，contig N50为3.12Mb。结合Hi-C数据将1,297个contig序列挂载到24条染色体上（图2），包含了97.2%的全基因组核苷酸碱基，BUSCO数据库评估该基因组完整性为95.6%。与其他已公布基因组的鱼类相比，黑尾近红鲌基因组大小与草鱼、武昌鱼相近，并且均为24条染色体。
图2 黑尾近红鲌Hi-C挂载热图
注释结果显示，黑尾近红鲌基因组中含有56.1%转座子序列，其中DNA转座子类型占31.34%，RNA转座子或逆转录转座子占16.27%。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。
 
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879万年前分化（图3）。
图3 利用12种脊椎动物的712个单拷贝基因构建的系统发育树
研究者进一步将黑尾近红鲌的基因组与普通鲤鱼、武昌鱼、草鱼、斑马鱼和日本青鳉的基因组进行了对比分析。结果发现，黑尾近红鲌基因组中有366个基因家族发生了扩张（包含499个基因），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（图4），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。
图4 72个正向选择基因在黑尾近红鲌10个组织中的表达水平热图。
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。来自大脑、肝脏和肌肉的差异表达基因（DEGs）数量与其他组织的DEGs有很大差异。
总之，本研究利用三代测序技术结合Hi-C技术组装出中国特有鲤科鱼类黑尾近红鲌的染色体水平基因组，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。

希望组与Bionano合作开展COVID-19感染患者基因组变异研究

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Bionano 将用于鉴定导致冠状病毒疾病易感性的基因变异的研究

第一项研究将在中国武汉进行；欧洲和北美的研究有望紧随其后

圣地亚哥，2020年3月10日（全球新闻）-Bionano Genomics宣布启动COVID-19感染患者基因组变异的全球研究网络，本研究旨在确定影响COVID-19疾病抵抗力，敏感性，疾病进展和药物反应的基因组变异。第一项研究将在中国武汉进行，Bionano服务提供商希望组将与Bionano Genomics合作开展。至少有100名COVID-19感染检测呈阳性的患者将使用Bionano Saphyr系统进行全基因组分析，并将比较无症状或轻度症状的患者和有严重疾病的患者的基因组变异。这项研究将控制病毒株的差异，以及已知的年龄和慢性疾病的危险因素，如心脏病、糖尿病或其他影响免疫系统的疾病。
Bionano Saphyr系统在极长的基因组DNA分子上标记荧光并成像，以识别结构变异。尽管Bionano的技术并不适合于病毒检测本身（通常通过PCR测定进行检测），但Saphyr能独特的检测人类基因组中的结构变异。这种变异可能使个体易于出现轻微或严重的疾病进展，或对病毒具有抗性。此外，某些变异可能决定个体对药物治疗的反应。
基因组变异与疾病抗性和疾病进展的关系已在多种传染病中得到证实。α-球蛋白基因的缺失会导致镰状细胞性贫血，但可以预防疟疾感染。CCR5基因中的一个结构变异提供了针对艾滋病病毒感染的保护，这一发现导致一些患者被治愈，他们接受了来自携带这种变异的捐赠者的骨髓移植。在IL28B位点的遗传变异使携带者在药物治疗后根除丙肝病毒的机会比那些没有这种遗传变异的携带者大3倍。主要组织相容性复合体（MHC）位点（约有150个基因的基因簇）的结构变异与对多种传染病的抗性有关。Saphyr可以对人MHC位点的等位基因进行特异的分析和分相。
最近的研究表明，COVID-19和SARS-CoV（导致SARS爆发的冠状病毒）都与血管紧张素转化酶2（ACE2）基因相结合从而进入细胞。Bionano研究将探究ACE2周围区域可能影响病毒结合的结构变异和拷贝数变异，分析患者的MHC区域，并使用Saphyr无偏倚的全基因组范围检测能力，试图找到尚未确定的疾病易感性基因。专家们一致认为，对宿主反应范围的调查对于确定如何最好地抗击该疾病并防止今后爆发类似性质的疾病至关重要。
Bionano Genomics首席执行官Erik Holmlin博士表示：“作为一家在结构变异检测方面处于领先地位的生命科学公司，我们相信，我们有责任帮助阻止这一致命的毁灭性的流行病。Bionano的基因组成像技术比任何基于测序的方法都能更好地识别基因组结构中的变异，这使我们处于独特的位置，可以帮助识别基因组中的变异，从而保护患者免受病毒感染或使其易于感染。我们已经在全球范围内开展了识别这类变异的研究，并很高兴地宣布将在最初的疫情中心武汉开展的这些研究中的第一项。我们计划将这些发现提供给科学和公共卫生界，并希望我们能够为疫苗或药物开发、更好的患者分流和治疗以及疾病和流行的全面管理做出贡献。”
希望组首席执行官汪德鹏表示：“我们很高兴与Bionano合作，将Saphyr用于这项重要研究。由于我们在武汉设有临床实验室，因此GrandOmics与COVID-19战斗的前线的临床医生和研究人员有着独特的联系。我们收集的患者样品越来越多，具有涵盖一系列结果的全面临床历史。我们相信，该样本库与Saphyr的独特能力结合在一起，将为疾病当前的爆发以及未来的潜在爆发提供深刻的见解。”
关于Bionano Genomics
Bionano是一家基因组分析公司，基于Saphyr系统向从事基因研究和患者测试的科学家和临床医生提供工具和服务。Bionano的Saphyr系统是用于超灵敏和超特异结构变异检测的平台，使研究人员和临床医生能够加快寻找新的诊断和治疗靶标的速度，并简化染色体变化的研究，这被称为细胞遗传学。Saphyr系统由仪器，芯片耗材，试剂和一组数据分析工具以及基因组分析服务组成，Bionano数据可通过使用Saphyr或通过遍及全球的检查服务获得。更多信息，请访问www.bionanogenomics.com。
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Bionano安全港声明
本新闻稿包含1995年《私人证券诉讼改革法案》所定义的前瞻性陈述。诸如“可能”，“将”，“期望”，“计划”，“预期”，“估计”，“打算”等词语。”和类似的表述（以及引用未来事件，条件或情况的其他词语或表达）传达了未来事件或结果的不确定性，旨在识别这些前瞻性陈述。前瞻性陈述包括关于我们的意图，信念，预测，前景，分析或当前期望的陈述，其中包括有关本新闻稿中讨论的研究的设计和结果，在这些研究中计划使用Saphyr以及Saphyr的贡献对COVID-19的研究，以及潜在的见识和我们的能力对疫苗或药物开发的贡献，更好地对患者进行分类和治疗，以及对COVID-19大流行进行全面管理。这些前瞻性陈述均涉及风险和不确定性。实际结果或发展可能与这些前瞻性陈述中预测或暗示的有重大差异。可能造成这种差异的因素包括Saphyr可能无法达到预期效果的风险；可以预防或防止患者受到病毒感染的基因组变异可能未被发现；在我们的研究结果发布之前，可能已遏制了COVID-19大流行；引入竞争产品；我们获得足够资金以资助我们的努力的能力；以及与我们的业务和财务状况有关的风险和不确定性，包括我们向美国证券交易委员会提交的文件中所述的风险和不确定性，包括但不限于我们截至2018年12月31日止年度的10-K表年度报告以及我们随后向美国证券交易委员会提交的其他文件佣金。本新闻稿中包含的所有前瞻性陈述仅在做出陈述之日讲，并基于该日管理层的假设和估计。无论是由于收到新信息，未来事件的发生还是其他原因，我们都不承担公开更新任何前瞻性陈述的义务。2018年以及我们随后向美国证券交易委员会提交的其他文件中。本新闻稿中包含的所有前瞻性陈述仅在做出陈述之日讲，并基于该日管理层的假设和估计。无论是由于收到新信息，未来事件的发生还是其他原因，我们都不承担公开更新任何前瞻性陈述的义务。2018年以及我们随后向美国证券交易委员会提交的其他文件中。本新闻稿中包含的所有前瞻性陈述仅在做出陈述之日讲，并基于该日管理层的假设和估计。无论是由于收到新信息，未来事件的发生还是其他原因，我们都不承担公开更新任何前瞻性陈述的义务。

*本文基于Bionano Genomics公司官方网站新闻”Bionano Genomics Will Be Used in Research Identifying Gene Variantsthat Contribute to Coronavirus Disease Susceptibility”翻译。

项目文章两连发||三代测序助力药用动物圆点斑芫菁、菲牛蛭基因组草图组装

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近日，由陕西师范大学许升全教授团队主导的圆点斑芫菁基因组文章“Draft Genome of a Blister Beetle Mylabris aulica”和菲牛蛭基因组文章“Draft Genome of the Asian Buffalo Leech Hirudinaria manillensis”在frontiers in Genetics期刊发表。陕西师范大学许升全教授和黄华腾教授为圆点斑芫菁基因组文章的共同通讯作者。陕西师范大学许升全教授、王喆之教授和西北工业大学邱强教授为菲牛蛭基因组文章的共同通讯作者。武汉未来组作为两篇文章的共同作者，承担了圆点斑芫菁和菲牛蛭的三代测序及分析工作。下面就由组学君给大家带来这两篇文献的解读吧~
文章一——圆点斑芫菁基因组揭示斑蟊素合成机制
题目：Draft Genome of a Blister Beetle Mylabris aulica [1]
发表期刊：frontiers in Genetics
合作单位：陕西师范大学
测序方法：纳米孔测序
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工厂化生产。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288.5 Mb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1 萜类生物合成“KEGG通路图”，绿色方框基因在圆点斑芫菁基因组中发现。

文章二——菲牛蛭基因组揭示水蛭素合成机制
题目：Draft Genome of the Asian Buffalo Leech Hirudinaria manillensis[2]
发表期刊：frontiers in Genetics
合作单位：陕西师范大学、西北工业大学
测序方法：PacBio SMRT
菲牛蛭（Hirudinaria manillensis）也称亚洲水蛭，广泛分布于东南亚的水生食血物种，是中国药典收录的3种药用水蛭中个体最大、吸血能力最强的一种。抗凝血物质水蛭素的生物合成是菲牛蛭最重要的特征，促进了其在临床放血等方面的应用，但是水蛭素合成相关基因及遗传背景完全缺失。
研究者选取成年菲牛蛭的肌肉组织为样本进行测序，组装出的基因组大小为151.8 Mb，scaffold N50为2.28Mb，BUSCO评估达93.7%，表明该组装基因组质量较高。基于RepeatMasker 和RepeatModeler，预测该基因组含有19.52％的重复元素。结合Ab initio预测和同源比对预测，共预测到21,005个编码蛋白基因，其中注释到的功能基因有17,865个。抗凝血物质生物合成是菲牛蛭最重要的特征，研究者检测了菲牛蛭基因组中具有水蛭素和抗凝素结构域的抗凝蛋白，最终鉴定到16个蛋白中含有水蛭素或抗凝素结构域。进一步的比较基因组分析显示，菲牛蛭合成水蛭素与已知水蛭素蛋白质序列虽存在差异，但空间结构变异较小，行使相同分子功能，未经历快速进化。
总之，本研究利用PacBio测序技术组装出首个菲牛蛭的基因组，并鉴定出16个含有水蛭素或抗凝素结构域的蛋白。这些数据将有助于进一步了解菲水蛭的生物学机制和遗传特性，并为今后的研究提供宝贵的资源。

图2抗凝素结构域在菲牛蛭基因组contig00006 上的分布。
参考文献：
[1] Guan D L, Hao X Q, Mi D, et al. Draft genome of a blister beetle Mylabris aulica[J]. Frontiers in Genetics, 2019, 10: 1281.
[2] Guan D L, Yang J, Liu Y K, et al. Draft Genome of the Asian Buffalo Leech Hirudinaria manillensis[J]. Frontiers in Genetics, 2020, 10: 1321.

项目文章||芡实与金鱼藻三代基因组揭示早期被子植物演化

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2020年2月24日，国际著名植物学研究期刊Nature Plants发表了题为”Prickly waterlily and rigid hornwort genomes shed light on early angiosperm evolution”的文章，该研究公布了被子植物的两种早期演化分支代表种：芡实和金鱼藻的染色体水平基因组序列，通过与其它代表性陆生被子植物代表基因组进行了深入的比较分析，揭示了早期被子植物的复杂演化历史。来自四川大学的杨勇志（现为兰州大学青年研究员）和华北理工大学的孙朋川是论文的并列第一作者；四川大学教授刘建全、席祯翔，华北理工大学教授王希胤、哈佛大学教授 Charles C. Davis是论文的通讯作者；刘建全教授为该项目的总负责人。武汉未来组承担了芡实和金鱼藻的纳米孔测序工作。
被子植物，或称开花植物，是地球上多样化程度和物种丰富度最高的类群之一，早期被子植物的突然出现和迅速多样化使被子植物的起源成为著名的达尔文“讨厌之谜”。几十年的努力已经极大地解决了被子植物的系统发育问题，但是主要分支之间的演化历史始终存在争议。例如，核心被子植物的五大类群之间的系统发育关系仍存在模糊不清的地方。核心被子植物包含约99%的现存被子植物，分为真双子叶植物、单子叶植物、木兰类植物、金鱼藻目以及金粟兰目五大类群，现有研究根据不同的形态学或分子层面证据，提出了不同的发育分支拓扑结构。
基因组数据能够提供更加丰富和有说服力的证据来解决物种进化分歧问题。本研究采用三代Nanopore长读长测序数据和二代illumina短读长数据，分别组装出芡实（725.23Mb， Contig N50=4.75 Mb）和金鱼藻（733.26Mb, Contig N50=1.56 Mb）的基因组序列，随后结合Hi-C数据，将基因组提升至染色体级别。评估表明两个基因组显示了高度的连续性、完整性和准确性（图1a），并与细胞学研究中获得的染色体数目相匹配。
随后研究者在芡实基因组中检测到两个多倍化事件，校正进化速率之后，估计芡实基因组中的两个多倍化事件分别发生在大约16-18百万和94-106百万年前（Ma）。在金鱼藻中检测到三个多倍体化事件，估计分别发生在大约13-15 Ma，127-143 Ma和157-177 Ma。并且被子植物的五个主要演化分支，金鱼藻、睡莲类、木兰类、单子叶植物和真双子叶植物中都发生了多个独立的多倍化事件（图1b），并且芡实最近还经历了一次基因组加倍。

图1 比较基因组分析。a芡实和金鱼藻基因组特征; b平均同义替换水平(Ks)在同位块间的分布。
研究者从13种被植物和1种裸子植物基因组序列中鉴定出1,374个单拷贝核基因用于构建系统发育树，首次涵盖两个基础被子植物类群（无油樟目无油樟、睡莲目芡实）以及核心被子植物五大类群中的四个（4个真双子叶植物，3个单子叶植物，3个木兰类植物，金鱼藻目金鱼藻）。采用两种方法连接并分析蛋白质编码区获得了两个数据集（SSCG-CDS 和SSCG-Codon12）构建进化树表明，无油樟和睡莲类依次是其他被子植物的姐妹群，同时推测金鱼藻是真双子叶植物的姐妹群（图2a,b）。同时，研究者还利用OrthoMCL方法和新开发的物种发育树构建方法STAG证实了上述结论的可靠性（图2a）。
随后研究者使用DensiTree 对SSCG-CDS和SSCG-Codon12两个发育树进行可视化，发现二者存在普遍的拓扑冲突（图2c），无油樟目和睡莲目之间的拓扑分支冲突和金鱼藻系统发育位置的矛盾（图2d）。并且无油樟目和睡莲目的系统发育位置在基因树和物种树之间存在大量不一致（图2e）。这些分析表明，在早期被子植物进化过程中可能存在大量的不完全谱系分选(ILS)，造成主要分支之间基因树、或核基因组-叶绿体基因组系统发育树分支关系不一致。
          

图2 早期分化被子植物的系统基因组分析。a 基于MCMCTree推断的SSCG-CDS数据集的被子植物早分化年表；b DiscoVista物种树分析；c SSCG-CDS（红色）和SSCG-Codon12（橙色）叠加超矩阵基因树。d SSCG-CDS和SSCG-Codon12中物种树内部分支的三种拓扑的频率(q1-q3)。e 基因树的兼容性
总之，本研究组装出了两个早期水生被子植物——芡实和金鱼草的高质量染色体水平基因组，结合其他代表性被子植物主要类群，利用多个数据集和多种方法，深入解析了被子植物的早期演化以及不同类群之间的系统发育关系。这些发现有助于研究被子植物中主要分支的演化次序和生境转变、植物生命之树重建，特别是水生被子植物适应性演化、不同类群的古多倍化等复杂进化历史。
参考文献：
Yang Y, Sun P, Lv L, et al. Prickly waterlily and rigid hornwort genomes shed light on early angiosperm evolution[J]. Nature Plants, 2020: 1-8.