第一届CGM线下沙龙-第一轮通知

华人基因组学术沙龙(Chinese Genomics Meet-up,CGM)是国内外目前基因组领域较为活跃的在线学术交流平台,在分子生物学、遗传学、基因组学、生物信息学、生物统计学、进化生物学相关领域具有一线的关注者与最新学术交流。CGM是一群志愿者联合举办的非盈利的学术活动,区别于其他国内的各种学术和杂志宣传平台,CGM以发表文章的第一作者为视角,主要对象是在读的硕士/博士、博士后或者青年研究人员,都是第一线进行各自项目实际分析和操作的亲为者。

目前CGM已举办累计348期在线学术沙龙活动,目前国内区已形成较为稳定的基因组学相关的听众,具有一定的业界影响力。至此疫情开放后,国内相关学术成果丰硕,线下交流便利、学术氛围浓厚、交流兴趣激增。举办系列线下、线上学术分享与交流会恰逢其时。

第一届CGM线下沙龙定于2023年7月21日-22日在湖北武汉召开,将邀请国内外相关领域取得突出成果的专家学者与优秀青年进行学术报告。旨在促进科学工作者们之间的交流与合作,推动各学科的发展创新和转化应用。组委会诚挚邀请国内外同行和相关高校、科研院所研究生参加本次大会。

会议信息

会议主题:一起向未来·武汉CGM基因组学术沙龙专场
会议时间:2023年7月21日-22日
会议形式:线上线下结合(线下100-150人,线上300人)
会议地址:武汉光谷希尔顿酒店(武汉市东湖新技术开发区花山生态新城春和路9号)
主办单位:CGM基因组学术沙龙
协办单位:武汉希望组生物科技有限公司   武汉迈特维尔生物科技有限公司   PacBio
大会主席:武志强 胡冠菁 杨金良 祁新帅
组委会委员(按姓氏拼音顺序):郭士成 胡冠菁 胡海飞 侯壮伟 李方平 庞志强 祁新帅 汪德鹏 武志强 吴勇延 杨金良

会议日程

大会邀请报告人
(首字母排名,排名不分先后)

会议注册报名
线上19元/人,线下99元/人,线上注册截止日期为7月20日,7月21-22日为现场注册

线上注册地址:

(注:线下CGM会议包含午餐,住宿需自理。缴费但未能参会者,注册费不予退回,可由他人代替参会,线下仅限前100名。为鼓励研究生积极参与线下会议交流,本次会议设置研究生奖学金,参加线下会议的研究生可通过邮件申请该奖学金,接收申请邮箱:guochunyan@grandomics.com)

交通指南
武汉希望组生物科技有限公司到光谷希尔顿酒店:步行15min;
武汉天河机场到光谷希尔顿酒店:57公里,驾车约1h;
武汉站到光谷希尔顿酒店:13公里,驾车约13分钟;
汉口站到光谷希尔顿酒店:33公里,驾车约45分钟;
武昌站到光谷希尔顿酒店:33公里,驾车约42分钟。

住宿建议
希尔顿酒店800元/晚;
花山月酒店468元/晚;
斯特莱酒店440元/晚;
泊居精品酒店230元/晚;
谊尚酒店200元/晚。

招商赞助
赞助展位开放中,欢迎积极申请

会务组联系方式
王女士17835424570
郭女士18339689233
武老师13530406763

一峰更比一峰高 | Revio运行突破 100张芯片,产出再创新高!

自PacBio Revio入驻希望组科技服务实验室以来,运行平稳高效,芯片上机测序时间缩短至24h,2台Revio每天可同时运行8张芯片。目前已有100张芯片数据下机,综合现有数据来看,Revio单张芯片的产量大于100Gb的约占35%,QV值平均在Q30以上。希望组在拥有十一年长读长测序经验的基础上,将更加潜心钻研技术,努力提升服务质量,为客户挖掘最有价值的数据!

本次所展示物种包括动物、植物以及鱼类等,让我们一起来看一下部分物种的测序结果:

通过Revio下机数据统计,所有样本产量均达到90Gb以上,QV值均达到Q30以上!

此外,我们还对动物以及植物样本的平均产量进行了统计,发现动物样本的平均产量为100.81Gb,植物样本的平均产量为95.91Gb,总的来说,Revio在产量、时间、准确度等各方面均有较大提升,产量可稳定在90Gb以上,单cell产出最高纪录为118.96Gb,平均碱基质量值达Q30以上,从收样到数据交付7天即可完成,为组装和分析提供了坚实基础,利用Revio平台的优势将其应用价值发挥到极致!

武汉希望组医学检验实验室有限公司 危险废弃物产出明细公示表(2024年度)

武汉希望组医学检验实验室有限公司
危险废弃物产出明细公示表(2024年度)

组织机构代码91420100MA4KXQ2J1P
法定代表人汪德鹏
生产地址武汉市东湖新技术开发区花城大道8号武汉软件新城C11栋17楼
生产经营内容(共1个一级诊疗科目)医学检验科(临床免疫、血清学专业,临床细胞分子遗传学专业)
危险废弃物类别HW01医疗废物,HW49其他废物
危废名称医疗废物,废液,废试剂瓶
危废代码841-001-01,900-047-49
处置方式Y10医疗废物焚烧,
主要成分废弃离心管、废吸头、废试剂瓶、废液和废采血管,一次性医用口罩、手套、帽子等实验用品
产废工序一次性医用口罩、手套、帽子等实验用品为检验人员使用后医疗废物,废弃离心管、废吸头、废试剂瓶和废采血管为接触过样本或检验试剂的废弃医疗废物。
危险特性潜在感染性、毒性
安全措施我机构产生的医疗废物统一使用专用医疗垃圾袋密封,经次氯酸钠喷洒、高温高压等消毒措施处理后集中存放于医疗废物暂存间医疗垃圾桶。医废暂存间由专人进行管理,暂存环境使用次氯酸钠和紫外灯照射消毒。我机构医疗废物委托给武汉汉氏环保工程有限公司处置,废液和废试剂瓶委托华新环境工程(武穴)有限公司处理。
贮存区域医疗废物暂存间,危废暂存间
处置去向武汉汉氏环保工程有限公司,华新环境工程(武穴)有限公司
医废暂存间管理员王飞18171678655
紧急联系人许力晏18271468344
相关联系人陶庆15572523735
产生量(2024年)(单位:吨)11.408
转运量(2024年)(单位:吨)11.408
库存量(2024年)(单位:吨)1.684

源代码公开 | 希望组正式公开NextDenovo软件源代码

2013年3月11日,希望组(未来组)开始提供三代测序服务,成为中国首家三代测序服务公司。在不断探索与进化的过程中,公司首席生信技术官胡江团队自主研发了三代测序基因组组装领域著名的组装软件NextDenovo,该软件在极大减少计算资源和运行时间的前提下,仍然能够组装出高质量基因组,具有高纠错、高效率、高准确度的优势。今天,在我们正式提供三代测序服务第十周年,我们向全球公开该软件的源代码,并同时预印发布NextDenovo软件科学论文《An efficient error correction and accurate assembly tool for noisy long reads 》,为整个行业的健康、快速、高质量发展做出自己的贡献。

目前,该软件在论文发表之前已经累计下载11000余次,助力发表文章约500篇,受到国内外众多专家学者的一致认可和好评。


为了让大家更多的了解NextDenovo的一些背景,我们专访了希望组首席生信技术官胡江,内容如下:

1.请问当初你研发这个软件的原因是什么?
大约在2018年初,全世界组装软件做PacBio或Illumina数据的比较多,适用于Nanopore测序(ONT)数据的组装软件很少,因当时ONT测序的错误率非常高,要真正使用这些数据进行组装,要么极其消耗计算资源,要么组装效果非常差,导致我们大量ONT测序的de novo组装项目积压、交付困难,为了解决这个全球性的技术难题,我们专门立项开发NextDenovo。

2.你觉得NextDenovo的优势在哪里?
要说优势的话,可能在某些物种的组装完整度上,比如说像我们做的玉米,我们能组装到60M,现在行业里绝大部分组装软件可能只能装到20M,这个对比还是很明显的。另外一个优势就是我们可以从算法上从底层上去调整、修改,可以大范围的去解决在组装过程中每个物种所特有的个性化问题,这个大部分其他商业公司做不了的,因为大部分其他商业公司都只是使用别人开发的软件,底层的东西没法改变,但是我们可以在遇到困难的时候随时修改。

3.请问你为什么选择公开源代码?软件还会不会进行持续更新,NextDenovo和NextDenovo2有何区别?
公开一方面是为了进一步为科研领域做一点分内贡献,另一方面也是很多用户的需求。NextDenovo是针对PacBio CLR或者ONT这种高错误率的数据开发的,组装出来的结果是一个嵌合体,同时也无法直接组装出近T2T水平。NextDenovo2是针对ONT新数据即长又准的特点开发的,主要是用于组装多套基因组(分型),另外可以用于直接组装T2T水平的基因组。

4.如今科技发展迅速,你觉得未来有没有其他软件超越NextDenovo?对此你怎么看?
对于组装软件来说,每一个软件都有自己的特点,不存在哪个软件绝对好,大部分软件在某些数据或者某些物种上表现优于其他软件,但是在另外一些数据或者物种上表现就会差一些。同时,在内存消耗或者运行时间,组装结果准确度上来说,每个软件都有各自的优势,用户可以基于自己的需求选择合适的软件。作为一个组装软件开发者来说,我们的工作就是基于技术的更新,不断更新自己的软件,同时积极解决用户的问题,帮助用户快速了解、运行软件。我们可能会一直存在的一个优势就是,我们有大量的项目训练,会使NextDenovo软件继续一直的不停升级、迭代,从而大概率持续保持竞争力。

5.给我们一些想学习软件开发的人的一些建议吧?
首先就是去把我们常用的软件的文献看懂,还有一些基础的算法,比如比对算法,都有很多详细的计算一定要看懂。因为生信的算法相对来说还是比较简单的,因为都是学生物的人写的,所以不像谷歌、百度这些公司的写的那么复杂。还有就是要不断地要花时间去研究,沉下心来,总是会有收获的。

6.最后,你能介绍一下NextDenovo软件名字的来由吗?
我们开发这个软件的时候,借鉴了华大基因当年开发二代测序软件取名——SOAPdenovo,我们想,我们是中国第二家真正开发组装软件的公司,我们又是在三代测序新技术上开发的,我们干脆就叫NextDenovo吧,就是Next-Generation Denovo的意思,我们的初心是做下一代的最前沿的组装算法和工具。

西安交通大学 叶凯教授

在基因组领域,常用和好用的软件往往是欧美顶尖实验室开发的,这导致我国在样本资源丰富、数据质量并不落后的情况下,总是落后半拍。NextDenovo的开源发布,为我国基因组研究提供了关键技术支撑,为世界基因组研究贡献中国智慧。希望组作为一家企业,发布自主研发的计算方案,却不限制商用,为领域树立了一个标杆,开启了我国基因组领域企业、科研单位开放合作、交叉创新的新篇章。

中山医院眼科 肖传乐教授

NextDenovo是一套非常优秀的序列校正和组装软件。该软件的校正算法详细设计了针对重复区域的校正方法,相比Canu和NECAT相比,该软件在重复区域的校正方面表现出色。因此,该软件特别适合用于校正含有重复区域的超长读长序列,校正后序列的精度可以高达97%-99%,高精度的重复区域校正使得后续的端到端组装变得容易和简单。高精度超长读长校正数据与HIFI数据能够充分发挥其超长和高精度的优势,从而显著提高了端到端基因组组装的成功率,这也是希望组公司成功组装端到端基因组案例最多的原因之一。此外,各种基因组组装软件性能在不同基因组中表现都不一样,其主要原因是组装软件开发者没有足够的数据对软件进行反复提升,而NextDenovo源于希望组公司,可以很好克服这个问题。NextDenovo经历了各种复杂基因组组装难题的提升,并成功应用于许多超复杂和巨大的基因组组装。这些宝贵的经验将被写入NextDenovo软件算法中,值得我们科研人员学习和借鉴。”

昆明动物所 吴东东研究员

三代基因组测序技术飞速发展,相关研究领域也迎来新的一波助力。NextDenovo软件在三代测序数据方面表现出高纠错、高效率、高准确度的优势,尤其针对价格相对便宜的Nanopore 三代测序数据。软件自从公开后,在行业内引起广泛关注和使用,不乏肺鱼、南极磷虾等超大基因组的组装。 相信NextDenovo系列软件必将助推三代测序技术在人类队列泛基因组、精准医学、肿瘤基因组、遗传疾病诊断、农业基因组辅助育种、保护基因组学等等方方面面的应用。

希望组 CEO汪德鹏

10年前,我们学习Michael Schatz、Evan Eichler、Michael Snyder、Au Kin Fai、Jason Chin等行业领导者文章和报告,在全世界学术开放、合作的环境中成长;今天,10年之后,也应该我们为全世界学术界贡献我们自己的研发成果,为全球学术开放和合作添砖加瓦。

本次NextDenovo公开源代码后,我们将继续研发它的升级版本NextDenovo2,NextDenovo2将主要瞄准三代测序T2T基因组组装。NextDenovo开源之后,将不再限制基因组的大小,也不再限制基于NextDenovo的商业使用,但是,如果需要全方位的技术支持,希望组将继续为全球客户提供技术支持服务。

使用NextDenovo软件组装的基因组已发表文献精选:
01南极磷虾基因组
文章:The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights.
发表期刊:Cell

02非洲肺鱼基因组
文章:African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition.
发表期刊:Cell

03苏铁基因组
文章:The Cycas genome and the early evolution of seed plants.
发表期刊:Nature Plants

04燕麦基因组
文章:Reference genome assemblies reveal the origin and evolution of allohexaploid oat.
发表期刊:Nature Genetics

05中华绒螯蟹基因组
文章:“Omics” data unveil early molecular response underlying limb regeneration in the Chinese mitten crab, Eriocheir sinensis.
发表期刊:Science Advances

06樱花基因组
文章:Genome assembly, resequencing and genome-wide association analyses provide novel insights into the origin, evolution and flower colour variations of flowering cherry.
发表期刊:The Plant Journal

07红花槭基因组
文章:The chromosome-scale genome provides insights into pigmentation in Acer rubrum.
发表期刊:Plant Physiology and Biochemistry

08水稻基因组
文章:The telomere-to-telomere gap-free genome of four rice parents reveals SV and PAV patterns in hybrid rice breeding.
发表期刊:Plant Biotechnology Journal

09白菜基因组
文章:A near-complete genome assembly of Brassica rapa provides new insights into the evolution of centromeres.
发表期刊:Plant Biotechnology Journal

10西瓜基因组
文章:A telomere-to-telomere gap-free reference genome of watermelon and its mutation library provide important resources for gene discovery and breeding.
发表期刊:Molecular Plant

希望组NextDenovo助力破译迄今最大的2个动物基因组:南极磷虾(48G)和肺鱼(40G)

目前已知发表的最大的两个基因组: 南极磷虾(48G)和肺鱼(40G)的基因组组装都是由NextDenovo参与协助完成的。NextDenovo软件是由希望组自主研发的三代测序基因组组装工具,在极大减少计算资源和运行时间的情况下,仍然能够组装出高质量基因组,具有高纠错、高效组装、高准确度的优势,已帮助众多科研人员进行基因组的组装以及文章的发表。

(一)The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights

磷虾是磷虾属的软体甲壳类动物,是所有海洋生态系统的重要组成部分。南极磷虾(Euphausia superba)的生物量为3-5亿吨,是地球上最大的野生动物物种。磷虾基因组估计为42–48Gb,其庞大的基因组规模和复杂性阻碍了它的组装,并阻碍了对南极磷虾适应性遗传基础的研究。2023年3月2日,国际顶级期刊Cell上发表题为“The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights”的研究论文,揭示了南极磷虾适应南大洋的基因组基础,并为未来的南极研究提供了宝贵的资源。武汉希望组为本研究提供基因组组装服务,武汉希望组首席生信技术官胡江为共同作者。

发表期刊:Cell (IF:66.85)

研究对象:南极磷虾

主要测序技术:Hi-C、PacBio

主要完成单位:中国水产科学研究院黄海水产研究所、青岛华大基因研究院、德国阿尔弗雷德•魏格纳研究所、澳大利亚联邦科学与工业研究组织等机构

希望组贡献:提供NextDenovo组装技术支持

部分研究结果

01染色体水平基因组组装和评估

研究者利用PacBio、Hi-C结合短读长对南极磷虾(图1A)进行测序,使用NextDenovo v2.30 (https://github.com/Nextomics/NextDenovo)组装了48.01Gb的基因组,这是迄今为止报道的最大的动物基因组组装。它比墨西哥蝾螈大约大50%,比两种肺鱼大20%-30%。与120个已经组装的无脊椎动物基因组相比,该组装具有更长的contig N50(178.99kb)(图1B),scaffold N50更是达到了1.08Gb。南极磷虾基因组中的重复DNA异常丰富,使得基因组组装特别具有挑战性。研究发现,基因组组装中含有很大比例的串联重复(TRs)(25.77%),因为TRs很难组装,特别是对于长度大于50bp和高丰度的TRs(图1C)。南极磷虾基因组的重复区密度高于墨西哥蝾螈、肺鱼和两种孔雀石甲壳类动物(图1D)。该基因组组装结果表明,巨大的南极磷虾基因组可以归因于重复序列扩增。72.15%的基因组序列被鉴定为重复序列,在附加重复注释后达到92.45%,略高于报道的澳大利亚肺鱼(90.00%)(图1E)。南极磷虾、凡纳滨对虾和弗吉尼亚磷虾之间的DNA/CMC- EnSpm系统发育树显示,南极磷虾中没有显著扩张的特定分支(图1F)。

图1 南极磷虾基因组图谱及其重复序列特征

02南极磷虾环境适应的基因组基础

南极磷虾与其他真核生物一样,能够产生自我维持的昼夜节律(反馈回路)。这些包括主要的时钟抑制剂PER、TIM和CRY2以及直接调节CLK和CYC表达的三个关键昼夜节律转录因子VRI、PDP1和REV-ERB。该发现提供了磷虾生物钟的分子结构模型,证实了双反馈回路机制可能存在。进一步评估了生物节律反馈回路中基因表达的季节性差异,揭示了四个昼夜节律基因(CLKCRY1NEMOPDP1)在夏季和冬季之间的差异表达。CLKCRY1PDP1在夏季上调,而NEMO在冬季上调(图2A)。研究者在南极磷虾基因组中发现了25个显著扩增的基因家族(图2B)。12个直接参与蜕皮周期(6个家族)和能量代谢(6个家族)(图2C)。这些家族中的大多数基因都有表达,表明额外的基因拷贝具有功能(图2D)。编码卵黄蛋白(VTG)是无脊椎动物中一种重要的蛋黄蛋白,在能量需求旺盛的产卵季节提供营养库,包括CYSCPFKPKLR在内的其他能量代谢相关基因在夏季也表现出上调(图2F),PNLIPRP2的两个同源基因之一(一种消化脂肪酶基因)在冬季上调,此外,促进蜕皮和生长的基因(JHEJHE-like CXECHT10)在食物供应量高的夏季上调,而抑制蜕皮的基因(JHAMTCASP2)在冬季上调(图2F)。

图2 适应南极海洋环境的潜在基因组变化

该研究的主要技术亮点是组装有史以来最大的动物基因组,基因组中超丰富的TR DNA加剧了这一技术挑战,成为主要的生物学发现之一。该发现揭示了南极磷虾适应南大洋的基因组基础,并为未来的南极研究提供了宝贵的资源。

(二)African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition

肺鱼是现存最接近四足动物的近亲,并保留了由水生向陆生过渡相关的祖先特征。现存的6种肺鱼,有4种生活在非洲,1种生活在南美,还有1种生活在澳大利亚。2个不同的研究团队分别以非洲肺鱼和澳洲肺鱼为研究对象在国际顶级期刊CellNature上发表了研究成果。肺鱼基因组是迄今为止报道的最大的动物基因组(约40Gb),基因组中大量的重复序列(>60%)进一步增加组装的难度,希望组凭借领先的ONT Ultra long测序和自主开发的NextDenovo基因组组装技术分别助力两研究团队完成了高水平的基因组组装,其中,为非洲肺鱼文章提供了Nanopore测序和NextDenovo、NextPolish软件的使用,使得该超大基因组的BUSCO评估达到95%以上,武汉希望组生物科技有限公司胡江为本文的共同第一作者。

图3 非洲肺鱼

发表期刊:Cell (IF:66.85)

研究对象:非洲肺鱼

主要测序技术:Nanopore1D、BioNano和Hi-C

主要完成单位:西北工业大学生态与环境学院、中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室、中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室等

第一作者:王堃、王俊、朱成龙、杨连东,任彦栋、阮珏、范广益、胡江(希望组)

希望组贡献:提供基因组测序和NextDenovo、NextPolish软件及组装技术支持

部分研究结果

01非洲肺鱼染色体基因组组装、重复序列与进化分析

研究团队利用Nanopore Ultra long、BioNano和Hi-C测序,采用NextDenovo + wtdbg2 + NextPolish策略组装,最终获得约40.05 Gb的基因组,Contig N50达到1.60 Mb;结合BioNano和Hi-C数据对基因组构建Scaffold和辅助染色体挂载,最终得到17条染色体,Scaffold N50 2.81 Gb,染色体挂载率达到99%以上。BUSCO评估显示该基因组包含了95%以上的脊椎动物完整基因。非洲肺鱼基因组如此巨大主要是由TEs的扩张引起的,非洲肺鱼基因组的61.7%(24.7 Gb)被注释为重复序列。研究团队通过分析Kimura distance估算了TE历史扩张活动,结果表明TEs,特别是反转录转座子,在过去7000万年中一直活跃。基于基因组组装和注释结果,通过对8种脊椎动物的5149个单拷贝基因进行系统发育重建,证实非洲肺鱼是与四足动物最近的姐妹谱系,非洲肺鱼和四足动物的分化时间可追溯到泥盆纪伊始,估算为419 MA。

图4 非洲肺鱼染色体水平基因组组装和进化史

02 基因改变增强了呼吸能力

肺呼吸能力的进化可能经历了三个步骤:第一步是硬骨鱼的共同祖先已具备了最初级的呼吸空气的能力(已有文献支持),本研究中检测到所有硬骨鱼中存在Sftpb同样也证实这一观点。第二步是通过诸如Sftpc的出现和邻近Foxp1的保守非编码元件(CNEs)等基因创新,肉鳍鱼类的共同祖先获得了增强空气呼吸的能力。第三步可能是进一步的基因创新,包括SftpaSftpd的出现以及Foxp2附近保守非编码元件(CNEs)的出现,为四足动物进化出呼吸系统提供了最后的关键基础。

图5 肉鳍鱼类肺呼吸功能的演变

希望组作为三代测序行业的引领者,拥有完备的三代测序平台,强大的生物信息团队,拥有自主研发且在基因组组装领域被广泛应用的NextDenovo系列算法。已为众多科研院所提供优质的测序及分析服务,积累了丰富的项目经验。

欢迎拨打电话153 8703 7487

或联系您身边的科技顾问,

或发邮件至inquiry@grandomics.com咨询!

NextDenovo软件 | 组装领先一步,发文章领先一大步!

自ONT测序数据用于基因组组装以来,适用软件一直很少,且市面上的组装软件要么极其消耗计算资源,要么组装效果非常差,该问题不仅导致大量ONT de novo项目积压、交付困难,更阻碍了高质量基因组组装及其后续科学研究,基于此希望组集团首席生信技术官胡江先生主导开发了NextDenovo软件用于解决上述组装难题。

近日,由希望组、中国科学院昆明动物研究所联合在bioRxiv预发表了题为“An efficient error correction and accurate assembly tool for noisy long reads”一文,介绍了目前广泛使用的组装工具NextDenovo,它能够快速纠正三代高错误率数据并进行后续组装,与其他类似工具相比错误更少,速度更快。

NextDenovo首先进行测序read之间的比对(图1A),然后过滤掉重复比对,同时根据比对深度分割嵌合的reads(图1B)。NextDenovo采用了kmer评分链(KSC)算法执行初始化的矫正,值得说明的是该算法也成功在我们之前发布的polish工具NextPolish中使用(图1C)。最后,从校正的区域中提取低分值区(LSR,对应高错误率区域),做进一步矫正(图1D)。进一步利用人类基因组chr.1的模拟数据和实际的生物样本测序数据,对NextDenovo、Canu(v2.0)和Necat(v0.0.1)的纠错性能进行测试。结果表明就校正速度而言,NextDenovo在模拟数据上分别比Canu和Necat快7.44倍和1.13倍,在实际生物数据上分别快69.25倍和1.63倍。对于校正后的数据大小,NextDenovo可以分别在模拟数据和实际生物数据上校正比Canu多2.21%、4.54%的数据,但比Necat少1.65%、1.00%的数据。重要的是,在模拟数据和实际生物数据上,NextDenovo校正reads的平均错误率分别比Canu低1.82%和1.31%,比Necat低0.35%和0.09%。NextDenovo校正reads的平均精度高于99%,接近PacBio-HiFi reads 准确度,而校正后reads的长度比HiFi reads长得多。总之,NextDenovo不仅纠错速度更快,而且纠错后reads错误率更低、更均匀,嵌合比例更少。

图1 NextDenovo组装示意图

研究者进一步利用NextDenovo对35名不同人种的ONT测序数据进行高质量基因组组装(其中非洲13名,东亚6名,东南亚4名,南亚6名,中东2名,欧洲2名,大洋洲1名,美国1名)(图2A)。基于单核苷酸多态性(SNPs)的主成分分析(PCA)与1000个基因组计划数据集的整合表明,35个基因组共同覆盖了现代人类存在的大部分遗传多样性。研究者首先评估了NextDenovo与Flye在人类基因组组装方面的性能(图2B)。NextDenovo和Flye组装得到的基因组大小相似(2.83 Gb),基因组覆盖率约为90.84%,但与Flye相比,NextDenovo组装覆盖了更多的单拷贝基因,保留了更多的多拷贝基因。此外,与玉米和水稻基因组组装的结果一样,NextDenovo组装比Flye组装包含更长的NGA50(大1.03-1.61倍)和更少的contigs (LGA50的68.18%-96.97%)。更重要的是,NextDenovo组装平均包含388个错误装配,约为Flye组装的70%,而NextDenovo组装的平均QV也略高于Flye组装。

图2 35个人类基因组的从头组装

片段重复(SDs)是复杂的DNA片段,具有几乎相同的序列,很难通过短读长来组装。长读长基因组测序组装技术的发展促进了SDs的检测。本研究通过使用“片段重复进化结构的Brisk推断”(BISER),确定了每个个体平均133.6Mbp的非冗余SD序列,大约相当于人类基因组的4.7%。研究结果表明,总SD大小和基因组大小之间存在显著的相关性(R2=0.9641,p<2.2e-16)。根据非洲和非非洲组装之间的SD频率差异,进一步确定了非洲特定的SD热点。结果表明,高度分化的热点在着丝粒周围区域富集(图3),这与T2T-CHM13中预测的基因组不稳定性热点一致。

长读长组装为全面发现片段重复,特别是涉及SDs的重复基因提供了希望。研究者认为这些高质量的组装应该有助于检测基因重复(图3)。特别是在10个个体(包括8个亚洲人和2个非洲人)中发现了具有开放阅读框和多个外显子的唾液淀粉酶(AMY1)基因拷贝的增加。例如,来自越南和泰国的两个人分别获得了4个和3个额外的AMY1基因,这可能有助于提高他们消化大米等淀粉类食物的能力。事实上,AMY1基因额外拷贝的获得被认为是高淀粉饮食人群的特征,尤其是东亚和东南亚人群。此外,四个基因家族簇,包括优先表达的黑色素瘤抗原(PRAME)、嗅觉受体(OR)、G抗原(GAGE)和黑色素瘤相关抗原(MAGEA),显示出具有同源基因的密集SDs簇(图3)。因此,长读测序使准确组装那些具有高度相似的同源簇特征的基因组区域成为可能,包括那些包含扩展的串联重复基因的基因组区域。

值得一提的是由于纠错步骤所赋予的高准确度,NextDenovo可以得到更多包含错误极低的连续组装。在组装ONT“超长”reads时优势更为明显,因为NextDenovo可以产生部分或接近染色体水平的组装,这不仅适用于人类基因组的组装,也适用于复杂植物基因组的组装。

图3  重复基因和SD热点的分布

总之,本研究介绍了一种高效且准确度高的适配ONT数据的组装工具NextDenovo,该工具在测试数据和真实人类基因组的组装中效果极佳,对比其他软件优势明显,在基因组组装领域应用广泛。NextDenovo软件的使用将为种群规模的长读长数据基因组组装铺平道路,从而促进利用纳米孔长读测序数据进行人类泛基因组的构建。

署名文章 | Cell!NextDenovo助力破译迄今最大动物基因组—48Gb南极磷虾参考序列

磷虾是磷虾属的软体甲壳类动物,是所有海洋生态系统的重要组成部分。南极磷虾(Euphausia superba)的生物量为3-5亿吨,是地球上最大的野生动物物种。磷虾基因组估计为42–48Gb,其庞大的基因组规模和复杂性阻碍了它的组装,并阻碍了对南极磷虾适应性遗传基础的研究。然而,最近对肺鱼和墨西哥蝾螈的研究表明,大型动物基因组组装中固有的巨大技术挑战是可以克服的。

3月2日,国际顶级期刊Cell上发表题为“The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights”的研究论文,揭示了南极磷虾适应南大洋的基因组基础,并为未来的南极研究提供了宝贵的资源。武汉希望组为本研究提供基因组组装服务,武汉希望组首席生信技术官胡江为共同作者。

目前已知发表的最大的两个基因组: 南极磷虾(48G)和肺鱼(40G)的基因组组装都是由NextDenovo参与协助完成的。NextDenovo软件是由希望组自主研发的三代测序基因组组装工具,在极大减少计算资源和运行时间的情况下,仍然能够组装出高质量基因组,具有高纠错、高效组装、高准确度的优势,已帮助众多科研人员进行基因组的组装以及文章的发表。

部分研究结果

01. 染色体水平基因组组装和评估

研究者利用PacBio、Hi-C结合短读长对南极磷虾(图1A)进行测序,使用NextDenovo v2.30 (https://github.com/Nextomics/NextDenovo)组装了48.01Gb的基因组,这是迄今为止报道的最大的动物基因组组装。它比墨西哥蝾螈大约大50%,比两种肺鱼大20%-30%。与120个已经组装的无脊椎动物基因组相比,该组装具有更长的contig N50(178.99kb)(图1B),scaffold N50更是达到了1.08Gb。南极磷虾基因组中的重复DNA异常丰富,使得基因组组装特别具有挑战性。研究发现,基因组组装中含有很大比例的串联重复(TRs)(25.77%),因为TRs很难组装,特别是对于长度大于50bp和高丰度的TRs(图1C)。南极磷虾基因组的重复区密度高于墨西哥蝾螈、肺鱼和两种孔雀石甲壳类动物(图1D)。该基因组组装结果表明,巨大的南极磷虾基因组可以归因于重复序列扩增。72.15%的基因组序列被鉴定为重复序列,在附加重复注释后达到92.45%,略高于报道的澳大利亚肺鱼(90.00%)(图1E)。南极磷虾、凡纳滨对虾和弗吉尼亚磷虾之间的DNA/CMC- EnSpm系统发育树显示,南极磷虾中没有显著扩张的特定分支(图1F)。

图1 南极磷虾基因组图谱及其重复序列特征

02. 南极磷虾环境适应的基因组基础

南极磷虾与其他真核生物一样,能够产生自我维持的昼夜节律(反馈回路)。这些包括主要的时钟抑制剂PER、TIM和CRY2以及直接调节CLK和CYC表达的三个关键昼夜节律转录因子VRI、PDP1和REV-ERB。该发现提供了磷虾生物钟的分子结构模型,证实了双反馈回路机制可能存在。进一步评估了生物节律反馈回路中基因表达的季节性差异,揭示了四个昼夜节律基因(CLKCRY1NEMOPDP1)在夏季和冬季之间的差异表达。CLKCRY1PDP1在夏季上调,而NEMO在冬季上调(图2A)。研究者在南极磷虾基因组中发现了25个显著扩增的基因家族(图2B)。12个直接参与蜕皮周期(6个家族)和能量代谢(6个家族)(图2C)。这些家族中的大多数基因都有表达,表明额外的基因拷贝具有功能(图2D)。编码卵黄蛋白(VTG)是无脊椎动物中一种重要的蛋黄蛋白,在能量需求旺盛的产卵季节提供营养库,包括CYSCPFKPKLR在内的其他能量代谢相关基因在夏季也表现出上调(图2F),PNLIPRP2的两个同源基因之一(一种消化脂肪酶基因)在冬季上调,此外,促进蜕皮和生长的基因(JHEJHE-like CXECHT10)在食物供应量高的夏季上调,而抑制蜕皮的基因(JHAMTCASP2)在冬季上调(图2F)。

图2 适应南极海洋环境的潜在基因组变化

03. 南极磷虾种群动态

研究者在大西洋区南乔治亚岛(SG)和南设得兰岛(SSI)、印度洋区Prydz湾(PB)和太平洋区罗斯海(RS)四个生物量较高的南大洋区域收集了75只磷虾,并对其进行了平均深度为17.72X的基因组测序(图3A)。研究者观察到南极磷虾地理组之间的成对FST值较低,最大群体遗传多样性指数(Fst)为1.92×10-3(图3B),然而,PCA(图3C)、MDS和NJ表明,南极磷虾的遗传结构是可识别的,特别是在SG和PB-RS之间。环境隔离(IBE)分析表明,遗传分化与环境距离显著相关(图3D)。387个自适应SNP的等位基因频率揭示了SGSSI和PB-RS组之间的不同遗传模式(图3E)。该结果表明,环境选择可能在驱动南极磷虾不同群体的遗传结构中发挥重要作用。研究者使用PSMC和PopSizeABC推断过去的有效种群规模(Ne),发现Ne从大约1千万年前急剧减少,种群规模的总体峰值约为1千万年,还观察到南极磷虾群从10万年前开始扩张(图3F)。磷虾的栖息地可能会转移到高纬度地区,但气候变化将如何影响磷虾种群规模,进而影响依赖磷虾的南极生态系统,是迫切需要解决的关键问题。

图3 南极磷虾种群动态

该研究的主要技术亮点是组装有史以来最大的动物基因组,基因组中超丰富的TR DNA加剧了这一技术挑战,成为主要的生物学发现之一。该发现揭示了南极磷虾适应南大洋的基因组基础,并为未来的南极研究提供了宝贵的资源。

使用NextDenovo软件部分应用文章分享

希望组自主研发的在三代测序基因组组装领域著名的组装工具NextDenovo软件,在极大减少计算资源和运行时间的情况下,仍然能够组装出高质量基因组,具有高纠错、高效组装、高准确度的优势。

自软件发布以来,已被众多科研院所、企业等基因测序领域的用户熟知并采用。目前,NextDenovo软件累计下载9200余次,助力发表文章约500篇,高下载量和高引用数体现了NextDenovo软件的高成熟度,成为期刊编辑和审稿人都认可的高质量软件。

为了让更多用户了解NextDenovo的应用案例,小编挑选了6篇具有代表性的文章分享给大家。

01. The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights

发表期刊:Cell (IF:66.85)

研究对象:南极磷虾

基因组大小:48G

主要测序技术:Hi-C、PacBio

主要完成单位:中国水产科学研究院黄海水产研究所、青岛华大基因研究院、德国阿尔弗雷德•魏格纳研究所、澳大利亚联邦科学与工业研究组织等机构

希望组贡献:提供NextDenovo组装技术支持

SUMMARY:  Antarctic krill (Euphausia superba) is Earth’s most abundant wild animal, and its enormous biomass is vital to the Southern Ocean ecosystem. Here, we report a 48.01-Gb chromosome-level Antarctic krill genome, whose large genome size appears to have resulted from inter-genic transposable element expansions. Our assembly reveals the molecular architecture of the Antarctic krill circadian clock and uncovers expanded gene families associated with molting and energy metabolism, providing insights into adaptations to the cold and highly seasonal Antarctic environment. Population-level genome re-sequencing from four geographical sites around the Antarctic continent reveals no clear population structure but highlights natural selection associated with environmental variables. An apparent drastic reduction in krill population size 10 mya and a subsequent rebound 100 thousand years ago coincides with climate change events. Our findings uncover the genomic basis of Antarctic krill adaptations to the Southern Ocean and provide valuable resources for future Antarctic research.

02. African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition

发表期刊:Cell (IF66.85)

研究对象:非洲肺鱼

基因组大小:40G

主要测序技术:Nanopore1DBioNanoHi-C

主要完成单位:西北工业大学生态与环境学院、中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室、中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室等

第一作者:王堃、王俊、朱成龙、杨连东,任彦栋、阮珏、范广益、胡江(希望组)

SUMMARY: Lungfishes are the closest extant relatives of tetrapods and preserve ancestral traits linked with the water-toland transition. However, their huge genome sizes have hindered understanding of this key transition in evolution. Here, we report a 40-Gb chromosome-level assembly of the African lungfish (Protopterus annectens) genome, which is the largest genome assembly ever reported and has a contig and chromosome N50 of 1.60 Mb and 2.81 Gb, respectively. The large size of the lungfish genome is due mainly to retrotransposons. Genes with ultra-long length show similar expression levels to other genes, indicating that lungfishes have evolved high transcription efficacy to keep gene expression balanced. Together with transcriptome and experimental data, we identified potential genes and regulatory elements related to such terrestrial adaptation traits as pulmonary surfactant, anxiolytic ability, pentadactyl limbs, and pharyngeal remodeling. Our results provide insights and key resources for understanding the evolutionary pathway leading from fishes to humans.

03. Reference genome assemblies reveal the origin and evolution of allohexaploid oat

发表期刊:Nature Genetics  (IF:  41.31)

研究对象:燕麦

基因组大小:10.76 Gb

主要测序技术:ONT ultralong  Hi-C

主要完成单位:四川农业大学、吉林省白城市农业科学院、中国科学院遗传与发育生物学研究所、四川大学、西昌学院、中国农业科学院、武汉希望组生物科技有限公司

希望组贡献:希望组参与组装注释以及部分分析工作

SUMMARY: Common oat (Avena sativa) is an important cereal crop serving as a valuable source of forage and human food. Although reference genomes of many important crops have been generated, such work in oat has lagged behind, primarily owing to its large, repeat-rich polyploid genome. Here, using Oxford Nanopore ultralong sequencing and Hi-C technologies, we have generated a reference-quality genome assembly of hulless common oat, comprising 21 pseudomolecules with a total length of 10.76 Gb and contig N50 of 75.27 Mb. We also produced genome assemblies for diploid and tetraploid Avena ancestors, which enabled the identification of oat subgenomes and provided insights into oat chromosomal evolution. The origin of hexaploid oat is inferred from whole-genome sequencing, chloroplast genomes and transcriptome assemblies of different Avena species. These findings and the high-quality reference genomes presented here will facilitate the full use of crop genetic resources to accelerate oat improvement.

04. “Omics” data unveil early molecular response underlying limb regeneration in the Chinese mitten crab, Eriocheir sinensis

发表期刊:Science Advances (IF:15.0)

研究对象:中华绒螯蟹

基因组大小:1.67Gb

主要测序技术:ONTHi-CBionano

主要完成单位:上海海洋大学水产与生命学院

希望组贡献:三代测序组装注释,Hi-C挂载和Bionano光学图谱服务。

Abstract:Limb regeneration is a fascinating and medically interesting trait that has been well preserved in arthropod lineages, particularly in crustaceans. However, the molecular mechanisms underlying arthropod limb regeneration remain largely elusive. The Chinese mitten crab Eriocheir sinensis shows strong regenerative capacity, a trait that has likely allowed it to become a worldwide invasive species. Here, we report a chromosome-level genome of E. sinensis as well as large-scale transcriptome data during the limb regeneration process. Our results reveal that arthropod-specific genes involved in signal transduction, immune response, histone methylation, and cuticle development all play fundamental roles during the regeneration process. Particularly, Innexin2-mediated signal transduction likely facilitates the early stage of the regeneration process, while an effective crustacean-specific prophenoloxidase system (ProPo-AS) plays crucial roles in the initial immune response. Collectively, our findings uncover novel genetic pathways pertaining to arthropod limb regeneration and provide valuable resources for studies on regeneration from a comparative perspective.

05. A near-complete genome assembly of Brassica rapa provides new insights into the evolution of centromeres

发表期刊:Plant Biotechnology Journal (IF:13.26)

研究对象:白菜

基因组大小:424.59 Mb

主要测序技术:ONTHi-C和Bionano

主要完成单位:中国农业科学院蔬菜花卉研究所

希望组贡献:三代测序组装注释,Hi-C挂载和Bionano光学图谱服务。

Summary: Brassica rapa comprises many important cultivated vegetables and oil crops. However, Chiifu v3.0, the current B. rapa reference genome, still contains hundreds of gaps. Here, we presented a near-complete genome assembly of B. rapa Chiifu v4.0, which was 424.59 Mb with only two gaps, using Oxford Nanopore Technology (ONT) ultra long-read sequencing and Hi-C technologies. The new assembly contains 12 contigs, with a contig N50 of 38.26 Mb. Eight ofthe ten chromosomes were entirely reconstructed in a single contig from telomere to telomere.We found that the centromeres were mainly invaded by ALE and CRM long terminal repeats(LTRs). Moreover, there is a high divergence of centromere length and sequence among B. rapa genomes. We further found that centromeres are enriched for Copia invaded at 0.14 MYA on average, while pericentromeres are enriched for Gypsy LTRs invaded at 0.51 MYA on average.These results indicated the different invasion mechanisms of LTRs between the two structures. In addition, a novel repetitive sequence PCR630 was identified in the pericentromeres of B. rapa.Overall, the near-complete genome assembly,B. rapa Chiifu v4.0, offers valuable tools forgenomic and genetic studies of Brassica species and provides new insights into the evolution of centromeres.

06. The Telomere to Telomere genome of Fragaria vesca reveals the genomic evolution of Fragaria and the origin of cultivated octoploid strawberry

发表期刊:Horticulture Research (IF:7.29

研究对象:草莓

基因组大小:220.8Mb

主要测序技术:PacBio HiFiHi-C和Bionano

主要完成单位:南京农业大学、海南崖州湾种子实验室

希望组贡献:三代测序组装注释,Hi-C挂载和Bionano光学图谱服务。

Abstract:Fragaria vesca, commonly known as wild or woodland strawberry, is the most widely distributed diploid Fragaria species and is native to Europe and Asia. Because of its small plant size, low heterozygosity, and relatively easy for genetic transformation, F. vesca has been a model plant for fruit research since the publication of its Illumina-based genome in 2011. However, its genomic contribution to octoploid cultivated strawberry remains a long-standing question. Here, we de novo assembled and annotated a telomere-to-telomere, gap-free genome of F. vesca ‘Hawaii 4’, with all seven chromosomes assembled into single contigs, providing the highest completeness and assembly quality to date. The gap-free genome is 220,785,082 bp in length and encodes 36,173 protein-coding gene models, including 1153 newly annotated genes. All 14 telomeres and 7 centromeres were annotated within the 7 chromosomes. Among the three previously recognized wild diploid strawberry ancestors, F. vescaF. iinumae, and F. viridis, phylogenomic analysis showed that F. vesca and F. viridis are the ancestors of the cultivated octoploid strawberry F. × ananassa, and F. vesca is its closest relative. Three subgenomes of F. × ananassa belong to the F.vesca group, and one is sister to F. viridis. We anticipate that this high-quality, telomere-to-telomere, gap-free F.vesca genome, combined with our phylogenomic inference of the origin of cultivated strawberry, will provide insight into the genomic evolution of Fragaria and facilitate strawberry genetics and molecular breeding.

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项目文章|Nat Commun 肖传乐/侯春晖团队建立HiPore-C技术,揭示三维基因组的单分子拓扑结构多样性和细胞异质性

高等真核生物基因组存在复杂的三维空间结构,在不同尺度下形成染色质环(Chromatin loops)、拓扑关联结构域(TADs)、活性/非活性染色质区室(A/B compartments)和染色体域(Chromosome territories)。这些结构对于基因组稳定性的维持、基因表达的精准调控具有重要作用,从而影响细胞命运决定和表型建立。经典3D基因组结构主要通过染色体构象捕获(3C)及其衍生方法(如4Cs、5C、Hi-C)以及ChIA-PET为代表的多种形式的高通量技术揭示。这些技术可以捕获细胞核内空间相邻的成对DNA序列,但无法捕获细胞群体中基因组内协同的多位点相互作用(multi-way contact)和单分子拓扑结构(single-allele topology)。此外,基因组3D结构在细胞周期、发育和分化过程中动态变化,并与多个基因及调控区间的染色质相互作用相关。为了充分理解基因组的动态折叠机制和功能相关性,获得细胞群体中的染色体单分子拓扑结构至关重要。

近年来,多种方法如ChIA-drop、split-pool recognition of interactions by tag extension (SPRITE)、Tri-C、multi-contact 4C和Pore-C等已被建立,用于研究染色质多位点协同相互作用和群体细胞的染色体单分子拓扑结构的捕获。这些方法中,Pore-C具有技术简单、可以同步捕获全基因组高阶多位点互作信息和DNA甲基化修饰的优点。

2023年3月6日, 中山大学中山眼科中心肖传乐团队与中国科学院昆明动物研究所侯春晖团队在Nature Communications在线发表了题为“High-throughput Pore-C reveals the single-allele topology and cell type-specificity of 3D genome folding”的研究论文, 该研究优化建立了一种高通量的Pore-C方法,显著增加了高阶染色质互作的检测通量,并揭示了三维基因组的单分子拓扑结构多样性和细胞特异性。希望组提供三代测序服务。

文章发表在Nature Communications

在该研究中,研究团队发现Pore-C技术测序通量相对较低,可能是因为与DNA交联的蛋白质没有被完全去除,导致了测序纳米孔芯堵塞。为了解决这个问题, 研究团队优化了酶解条件,测试了多次蛋白酶解和使用混合蛋白酶的策略(图1), 大幅提高了测序产量(约80%),近乎成倍降低了该技术的使用成本(图2)。此外,研究团队通过整合NGMLR和Minimap2比对算法开发了MapPore-C比对流程,显著改善了比对准确性和数据利用率低的问题。研究团队还通过与Hi-C数据比较验证了HiPore-C能够高度重现基于Hi-C捕获的染色质环、拓扑相关结构域和染色质区室等基因组3D结构

图1. HiPore-C方法策略图

图2. HiPore-C与Pore-C技术测序通量和成本的比较

接下来,研究团队分析了染色体间高阶互作,发现大多数互作并非发生在端粒和中心粒之间,而是发生在基因组区域,并形成两个转录活性不同的互作枢纽,其中一个枢纽基因密度、增强子密度和活跃状态染色质相关的表观遗传修饰水平都更高。研究团队还发现多个染色体的tRNA基因富集区域之间发生跨染色体的高频相互作用。HiPore-C高阶互作不仅发生在TAD和compartment内部,而且能够跨越多个区室、拓扑相关域和染色质环(图3);基于直接和间接的DNA片段间相互作用构建的染色质互作图谱与常规Hi-C图谱总体相似,但间接DNA片段互作更倾向跨越多个结构单元。该研究揭示了跨染色质结构域互作存在的广泛性,并且突出了HiPore-C技术在单分子水平解析基因组三维高阶互作的优势和重要性。

图3. 跨越染色质环的高阶互作

研究团队通过分层聚类的方法,讨论了不同类型细胞的拓扑结构中呈现的单分子拓扑结构集群, 这些结构集群是类亚TAD(subTAD-like)结构域形成的基础,往往具有明显的细胞特异性(图4)。这表明单分子拓扑结构多样性是细胞群体TAD结构域划分的基础,对理解基因组空间结构组织和细胞特异的基因表达间的关系具有重要意义。

图4. K562和GM12878细胞TAD结构域的高阶互作聚类分析

此外,研究团队使用HiPore-C数据比较了红系K562和淋巴系GM12878细胞中在β-globin locus的高阶互作(图5)。结果显示,人ε-和γ-珠蛋白基因启动子和多个增强子之间形成了多位点同时互作、细胞特异的增强子-启动子中心,这种相互作用很可能是动态的

图5. K562和GM12878细胞中β-globin locus HiPore-C高阶互作分析

最后,研究团队分析了HiPore-C同时捕获染色质高阶互作和DNA甲基化状态的能力,发现DNA甲基化信号与染色质环锚点间相互作用强度呈正相关,此外还可以根据DNA甲基化水平准确地区分染色质区室的类型(AvsB)。

综上所述,研究团队建立了HiPore-C技术,能够以前所未有的深度全面描述单分子拓扑结构的多样性,揭示了单分子拓扑结构的动态折叠比以前想象的更复杂, 进一步促进了我们对三维基因组折叠规律的理解

项目文章 | 当樱花遇上科学,邂逅春日的浪漫,武汉市园科院带您揭秘樱花的起源、进化和花色变异

樱花是世界著名的木本观赏植物之一,由于其美丽的花朵、诱人的颜色和早春开花等特点而广受人们喜爱。它在世界各地广泛种植,特别是在我国和东亚地区的日本等国家。但是目前关于樱花的起源和进化的研究还不充分,尚有一些争议,关于樱花观赏性状的遗传及分子调控机理解析也十分有限。

2023年2月14日,武汉市园林科学研究院在读博士聂超仁高级工程师与北京林业大学园林学院吕英民教授、华中农业大学园艺林学学院汪念副教授等在植物学经典权威期刊The Plant Journal发表了题为Genome assembly, resequencing and genome-wide association analyses provide novel insights into the origin, evolution and flower colour variations of flowering cherry的研究论文。该论文结合基因组组装、重测序和全基因组关联分析为樱花的起源、进化和花色变异提供了新见解。

该研究第一作者为北京林业大学/武汉市园林科学研究院聂超仁博士,通讯作者为北京林业大学园林学院吕英民教授和华中农业大学园艺林学学院汪念副教授。同时丁昭全、夏文胜、孙宏兵、章晓琴、张思思、李娜,张英杰、王青华等还参加了本项研究。希望组为本研究提供基因组测序服务。

首先,研究者对P. campanulata ‘Plena’PCP)进行测序,一共获得76.42GbONT数据,N50和平均长度分别为30.3221.55Kb,以及29.72 GbIllumina数据,使用NextDenovo软件进行基因组组装(https://github.com/Nextomics/NextDenovo),初步基因组大小和N50分别为278.78Mb18.20Mb。在用NextPolish进行基因组校正后,最终的PCP基因组大小为280.20 Mb,由41contigs组成,N50大小为18.31 Mb。利用42.87 GbHi-C数据构建Hi-C热图(图1b),可以看到8个伪染色体中的每一个都有高强度的相互作用,该基因组的完整BUSCO率为98.70%(图1c)。

NextDenovo软件是由希望组自主研发的三代测序基因组组装工具,在极大减少计算资源和运行时间的情况下,仍然能够组装出高质量基因组,具有高纠错、高效组装、高准确度的优势,已帮助众多科研人员进行基因组的组装以及文章的发表。

Prunus campanulata‘Plena’ (PCP)的基因组组装

紧接着,研究者对收集到的312 个樱花种质(160 个品种、77 个 杂交F1 75 个野生个体)进行了重测序,获得了 761267 个高质量的基因组变异。通过分析这312 份种质的种群结构和遗传关系,该研究将这306份材料分为ABC三个进化枝。并根据系统发育分析,研究人员预测了樱花的两个起源。其中进化枝中的樱花起源于中国南方,例如喜马拉雅山脉或东南沿海山系,随后广泛种植或生长于华南、华中等区域。而另一分支则起源于中国东北,随后向南广泛种植于我国北方和东部区域形成B分支,同时另一支可能流向日本形成C分支。

2 312份樱花种质资源的群体分析

最后,研究人员对 312 份樱花种质进行了花色全基因组关联研究 (GWAS),共鉴定出七个数量性状基因座 (QTL),其中一个编码糖基化转移酶的基因被预测为一个QTL的候选基因。

3 312份樱花种质花色变异的全基因组关联研究

该研究结果提供了宝贵的樱花基因组资源,并对樱花的起源、进化和花色分子变异提供了新的见解。该研究的开展,为我国对樱花园林应用提供有力的理论支撑。