武汉未来组邀您参加第七届全国微生物基因组学学术研讨会


未来组PacBio Sequel平台基于新版本试剂和软件(软件V6.0、试剂V3.0),产出和读长均得到了很大提升——基因组测序单个SMRT cell产出突破22.92Gb,polymerase reads 平均读长超过50Kb!
正如官方宣传数据,新版本试剂和软件在全长转录组方面的表现尤其优异——20h的运行时间,产出达到42.39Gb,polymerase reads平均长度达到59Kb,N50达到110Kb!
表1 V3.0试剂、V2.1试剂下机数据统计

下面来看一下新版本软件试剂在基因组和转录组中的具体表现~
在某植物基因组测序项目中,构建插入片段为30Kb的文库,分别使用新版的V3.0试剂、V6.0软件测序和V2.1试剂、V5.1软件测序,数据分布如下:
表2 基因组测序中V3.0试剂与V2.1试剂数据比较


图1 基因组测序中V3.0试剂与V2.1试剂subreads读长分布比较
在某昆虫转录组测序项目中,构建插入片段为0.5-6Kb的文库,分别使用新版的V3.0试剂、V6.0软件测序和V2.1试剂、V5.1软件测序,数据分布如下:
表3 转录组测序中V3.0试剂与V2.1试剂数据比较


图2 转录组测序中V3.0试剂与V2.1试剂subreads读长分布比较
武汉未来组早在2016年就已经成功搭建基于PacBio的三代测序平台,并于2017年9月成功搭建Nanopore测序平台,一直致力于第三代测序技术的应用和推广,应用三代测序的合作研究成果多次登上Nature Genetics、Molecular Plant及Nature Communications等国际知名期刊。


会上,多名专家学者分享了在植物系统发育、植物进化及环境适应性等方面的研究成果。从这些研究进展报告中不难看出,基因组学、比较基因组及转录组等研究方法是揭示植物进化及系统发育机制的重要手段。

未来组生信研发部副总胡江为与会学者作了题为“Application of Long Read Sequencing Technology in Plant Genome”的精彩报告,介绍了三代测序的技术原理和技术优势,并展示了未来组在三代测序应用方面的研发进展与成果等,引发了与会学者的热烈讨论。
植物基因组比动物基因组复杂得多,其基因组普遍存在多倍性、高重复、高杂合等特点,是植物基因组测序组装的主要难点,而应用长读长测序技术可以较好地解决这些植物基因组组装难题。
本次会议是对已有的系统与进化植物学研究的一次总结与讨论,也是新征程的开始。组学君向一直奋斗在科研一线、默默奉献的科研工作者致敬!武汉未来组将会基于自身配备的长读长测序平台,依托自身的三代测序研发实力,继续在科学研究的道路上为各位合作伙伴提供助力。
未来组合作发表项目文章列表


随着测序技术的飞速发展,测序成本的持续下降,基因组大数据时代已悄然到来。基因测序行业从原来的“测的没有算的快”,变为“算的没有测的快”。
你知道完成一个人类基因组的组装分析需要多少时间吗?
依靠现有测序技术,完成一个人的全基因组测序可能产生1.5T数据,运用传统IT计算能力针对这些数据进行组装注释分析,至少需6天时间。
华为云针对生物测序行业的特点,开创了独特的解决方案。

基因测序典型业务场景(图片来自华为云官方网站)
未来组目前配备Oxford Nanopore、PacBio Sequel、BGISEQ、BioNano光学图谱及Hi-C染色体构象捕获等技术和平台,月产出数据高达数十Tb,大规模的数据运算需求促成了未来组与华为云的紧密合作。
华为云协助未来组打通了线下数据生产平台与云端高性能计算平台之间的网络链路,使得线下产生的数据可以快速上传到云端,从而进行后续的分析。数据达到云端后,根据项目需求,在控制台申请足够规模的弹性云计算资源,快速完成项目。在这个模式下,目前已经可以实现在1天内完成一个人类全基因组的组装。


会议链接:
http://gsc2018.jsgs.org.cn
本次会议主要讨论植物资源调查与分类学,植物系统发生与生物地理学,植物进化发育与基因组学和新技术、新方法展示,并借这次机会纪念已故中国植物学会系统与进化植物学专业委员钟扬。
会议旨在推动我国系统与进化植物学学科的发展,加强国内外同行在该领域的交流与合作,未来组也将在本次会议上和专家学者讨论与交流关于植物系统与进化研究的热点和新进展。

同时,未来组将展示最新的三代测序技术(Oxford Nanopore和PacBio Sequel)及其应用成果,为组学领域研究提供新思路。会议中未来组生信研发部副总胡江还将为大家带来“长读长测序技术在植物基因组中的应用”的报告,欢迎感兴趣的朋友们参加!
中药学是我们中华民族的文化瑰宝,是世代传承的智慧结晶。《神农本草经》记录了中国365种中草药,而据统计中国有1000多种药用植物,因与国人健康息息相关,中药也成为了国民经济重要的支柱产业。随着测序技术的发展,人们逐渐可以从分子角度探究药用植物的功能基因组学、分子育种及合成生物学等领域,为开辟新的植物药用价值提供宝贵的参考。
近年来,不少中药领域的“重量级”物种的基因组信息先后被解码,如被称为“四大仙草”中的人参、灵芝和冬虫夏草;另有大麻、铁皮石斛、甘草、丹参等中药基因组相继被公布,相关研究文献也陆续发表,为中药中的有效药用成分的合成及代谢研究提供了有效工具,为中药“现代化”增添助力。
基因组:1.35Gb
研究发现:兰科植物有着完整的花序基因集,并有一些相对于其他单子叶植物的特异性的花序基因;石斛中与真菌共生和抗旱性有关的一些基因家族发生了明显扩增;对药用成分合成相关基因的分析发现与多糖生成相关的SPS和SuSy基因发生了大规模复制,铁皮石斛生物碱合成信号通路从已有的研究基础上延伸到16-epivellosimine的合成。
二代测序技术(SGS)和三代测序技术(TGS)的结合有利于解决复杂基因组的组装难题。铁皮石斛的基因组数据,特别是基因家族分析结果,阐明了药用石斛的一些重要生物学特性的基因组基础,包括抗旱性、与真菌共生、兰花基因集的完整性和药用成分的生物合成等,提高对药用植物生物学的认识将最终促进中草药的现代化。
基因组:1.74Gb
青蒿基因组高度杂合,杂合度为1.0%–1.5%,同时具有高密度的LTR重复序列。长读长测序数据的加入,跨越了这些单凭短读长技术难以逾越的障碍。通过对青蒿基因组的分析,研究者发现了871个可能为菊科植物所特有的基因家族。青蒿基因组和相关的转录数据不仅为青蒿素的生物合成途径及其调控提供了新的见解,而且也为青蒿素代谢工程研究提供了有效工具。
青蒿素的生物合成涉及多个酶促反应,这意味着可能有多个酶反应步骤限制了青蒿素生物合成过程中的代谢通量。研究者通过过表达青蒿合成途径中上、中、下游的基因,获得了转基因青蒿株系,可以明显提升青蒿素的产量,将有助于应对全球青蒿素需求增加的挑战。
基因组:~2.72 Gb
研究者将罂粟基因组与葡萄、拟南芥、阿拉伯咖啡、莲和耧斗菜等双子叶植物基因组进行比较分析,探索罂粟的演化历程。研究发现,罂粟基因组在距今780万年前发生了一次全基因组加倍事件。
罂粟基因组为研究者提供了一个可以定位与BIA代谢相关基因的机会——位于11号染色体上的一个584kb的区域内,排列着诺斯卡品基因簇、(S)- to (R)-reticuline (STORR)基因及四个吗啡生物碱合成途径相关基因,这些基因在茎中共表达合成吗啡,也称为BIA基因簇。研究发现,基因组重排在罂粟中BIA代谢的进化中起重要作用。
基因测序技术为中药的分子遗传学研究开辟了新大门,使人们得以从基因组水平洞察中药的作用机制。为了提高药用植物参考基因组质量,越来越多的研究者选择在基因组组装中应用PacBio、Nanopore、Bionano、Hi-C及10X Genomics等新技术。技术的发展推动认知进步,相信不久的将来,我们就可以用足够的科学数据支撑起中药之学。一起拭目以待吧~



[2] Shen Q , Zhang L , Liao Z , et al. The Genome of Artemisia annua Provides Insight into the Evolution of Asteraceae Family and Artemisinin Biosynthesis[J]. Molecular Plant, 2018, 11(6).
[3] Guo L, Winzer T, Yang X, et al. The opium poppy genome and morphinan production[J]. Science, 2018.
埃及伊蚊基因组(AaegL5)近1.25Gb且高度重复,由于缺少高质量基因组,针对埃及伊蚊的生物学控制手段迟迟未能推进。2007年发布的AaegL3[2]基因组因不够连续,未能全部挂载到染色体水平,近期的AaegL4[5]虽组装到出了染色体长度的scaffolds,但是由于contigs太短致使gap过多。因此研究人员选择了PacBio辅以Hi-C染色体构象技术组装出了高连续性的基因组,足足缩减了93%的contigs数,且端对端地锚定到了三条染色体上。使用光学图谱和linked-read测序,研究者验证了单倍型之间的局部结构和预测的结构变异。基于RNA-seq的read匹配序列平均提升了12%,并将之前被多个contigs分离了的基因模型连接起来,且使用ATAC-seq(利用转座酶研究染色质可接近性的高通量测序)对临近转录起始位点比对富集增加了近两倍,依此评估出基因集的注释得到了显著提升。
研究生成了166Gb的PacBio长读长数据(约130×)并使用FALCON-Unzip进行组装,得到2.05Gb基因组(Contig N50为0.96Mb,预期基因组大小一半以上的contigs>1.92Mb)(见表1)。
表1 组装统计比较

由于组装基因组比预期要大,因此研究使用了Hi-C染色体构象技术对上述组装用到的7,790条contigs进行排序和定向,通过Hi-C数据锁定了258个连接错误的区域后,得到了混合数据生成的8,306条有序定向的contigs;然后基于重合区域通过开发的流程排除了5,440个gaps并提升连续性,将94%的测序碱基锚定到三条染色体上。随后又使用PacBio长reads进行补洞和数据打磨,得到了1.279Gb的AaegL5基因组和完整的线粒体基因组。最后,使用Hi-C连接图谱,研究者估算出了近5Mb分辨率的着丝粒位点,且1号染色体近150-154Mb,2号染色体近227-232Mb,3号染色体约196-201Mb。

图1 AaegL5组装统计和注释
较之AaegL3和AaegL4,使用BUSCO评估出AaegL5更多的单拷贝直系同源基因,片段化和丢失的基因更少,连续性显著提升,且AaegL5中有65%的转座元件和重复序列。另外,研究使用NCBI RefSeq注释流程生成AaegL5.0注释版本,为253个性别、组织、发育阶段特异的RNA-seq文库的转录本富集综合定量建立基础。和之前的AaegL3.4版本比较后发现AaegL5.0优势明显,例如在基因组尺度上map到了1.8倍于原来基因集的ATAC-seq reads以预测转录起始位点。
接下来,研究者又验证了AaegL5组装版本在碱基水平和结构上的准确度。为开发基于AaegL5精细的物理图谱,研究生成了500个BAC克隆,包含伊蚊基因组DNA及通过荧光原位杂交绘制的物理图谱,然后比较它们的组装坐标,发现物理图谱和BAC末端比对序列之间一致性达97.4%。总之,AaegL5物理图谱的基因组覆盖度达到93.5%,相较于仅有45%的AaegL3,该物理图谱是目前所有蚊子基因组中最完整的。
近期复制的基因由于序列相似性高易被归为单个基因组的等位基因,因此含有多个基因的大型基因家族往往难于组装和注释,因此研究借助升级版的AaegL5基因组和AaegL5.0注释版本分析了大型基因家族中编码蛋白酶、G蛋白耦合受体和化学感应受体的基因并鉴定到54个新的离子受体基因,几乎是已知该家族成员的两倍。对于化学感应受体完整的特征描述将有助于开发紊乱蚊子叮咬行为的新策略(见图2)。

图2 染色体排列和新增的感应受体基因数
伊蚊和库蚊的性别决定受显性的雄性性别决定因子(M factor)支配,位于M locus染色体上,这条染色体除M/m染色体组型外都是同态的,即雌性为m/m,雄性为M/m,M locus的分子机制一直未能探明。研究比对了雌雄两种个体基因组(AaegL5和AaegL4),鉴定出了包含一种名为Nix的M factor的区域,可能代表分化的M/m位点,随后又对两个基因组中M locus进行了比较分析,发现Nix包含一段100Kb的单个内含子,而紧密关联M locus的基因myo-sex则近300Kb,且M locus有超过73.7%的重复序列。研究还通过对基因组雄性特异信号区域进行定量的方法探究了性染色体之间的分化,等等。更完整的蚊子M locus组装使得同态的性别决定染色体进化和延续的研究成为可能。

图3 AaegL5用于解析性别决定位点
最后,研究者借助Illumina和10×Genomics平台来分析埃及伊蚊基因组中包含插入、缺失、易位和倒位等结构变异,重点分析了编码高度保守转录因子的Hox基因和大型多基因组家族GSTs(谷胱甘肽S转移酶家族),还通过对四个实验室克隆样本进行全基因组测序以在全基因组范围内分析埃及伊蚊的遗传多样性,并且分析了其作为登革热病毒载体的感染能力和对拟除虫菊酯(模拟天然除虫菊素的人工合成杀虫剂)的抗性。
参考文献
[1] The Genome Sequence of the Malaria Mosquito Anopheles gambiae[J]. Science, 298.
[2] Nene V , Wortman J , Lawson D , et al. Genome sequence of Aedes aegypti, a major arbovirus vector.[J]. Science, 2007, 316(5832):1718-23.
[3] Chen X G, Jiang X, Gu J, et al. Genome sequence of the Asian Tiger mosquito, Aedes albopictus, reveals insights into its biology, genetics, and evolution[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2015, 112(44):E5907.
[4] Matthews B J, Dudchenko O, Kingan S B, et al. Improved reference genome of Aedes aegyptiinforms arbovirus vector control . [J].Nature,2018,https://doi.org/10.1038/s41586-018-0692-z.
[5] Dudchenko, O. et al. De novo assembly of the Aedes aegypti genome using Hi-C yields chromosome-length scafolds. Science 356, 92–95 (2017).

武汉未来组在国内率先引进三代测序平台,已搭建基于PacBio、Nanopore、BioNano光学图谱和Hi-C染色体构象捕获技术的三代测序基因组中心,解决了复杂动植物基因组、微生物基因组、全长转录组、微生物群体研究以及人类基因组变异检测等领域的技术瓶颈,并与高等院校和科研院所合作完成了数百个三代测序科研项目,在基因组学领域积累了丰富的项目经验。


典礼于14:30开幕,东湖高新区管委会领导和德勤武汉办公室主管合伙人等相继致辞与颁奖,未来组首席运营官李元作为三家代表企业之一发表了获奖感言,介绍了未来组的成长历程,表示未来组的迅速成长离不开武汉市政府和东湖新技术开发区提供优渥的发展环境和政策生态,更展望了东湖高新区的美好未来。
作为武汉创新前沿阵地的光谷,生物产业在五大主导产业中营收增速最快,随着营商环境和生态体系的不断完善,我司将基于不断升级的研发投入,进一步加强和完善人才队伍结构,加快新产品和服务开发的脚步,进一步扩大营销市场,创建生物测序行业国际化的新高地。

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