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發(fā)布于 2022年5月16日

近年來，人們對生物的認識不再是簡單依據(jù)實驗觀測和描述，而是能夠通過基因組數(shù)據(jù)系統(tǒng)的深入解析內(nèi)在規(guī)律?；蚪M研究技術(shù)可為動植物序列多態(tài)性、物種栽培與馴化、基因定位、基因編輯、精細育種等提供精準信息。

三代基因組組裝是僅利用Pacbio或者Nanopore平臺得到的超長三代數(shù)據(jù)進行基因組序列拼接，從而獲得高質(zhì)量的基因組序列圖譜的過程。HiFi reads是基于PacBio Sequel II平臺推出的CCS（Circular Consensus Sequencing）測序模式產(chǎn)生的兼具長讀長和高準確度的測序序列。在這種測序模式下，因酶讀長（平均90-100 Kb）遠大于插入片段長度（10-20 Kb），測序時，聚合酶會繞著DNA模板進行環(huán)形比對測序，使得插入片段被多次測序，產(chǎn)生多條subreads，來源于同一條模板鏈的subreads經(jīng)過一致性校正，最終得到高準確度的HiFi reads，用于基因組組裝。

2022年5月HiFi模式再次更新，可以在構(gòu)建基因組的同時更快捷方便的獲取全基因組甲基化信息，為基因組的調(diào)控挖掘提供了更省力省心的研究途徑。

百邁客HiFi測序數(shù)據(jù)

對于一個技術(shù)的應(yīng)用來說，數(shù)據(jù)是房屋搭建的基礎(chǔ)。更高的產(chǎn)能、更長的片段是性價比的核心。百邁客自2019年開啟HiFi測序以來，不斷自主研發(fā)更新實驗方法以獲得更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)產(chǎn)出，以下是百邁客部分類別物種數(shù)據(jù)產(chǎn)出：

（注：物種類型、組織部位、材料狀態(tài)都是影響數(shù)據(jù)產(chǎn)出與讀長的關(guān)鍵因素，最終產(chǎn)出以實際項目為準）

基因組應(yīng)用

（1）基因組組裝

搭建一個高質(zhì)量的基因組是物種表型功能研究的重要基礎(chǔ)。因此，在獲得高質(zhì)量HiFi數(shù)據(jù)后，需要進一步將數(shù)據(jù)拼接來搭建房屋框架。這里就涉及到組裝軟件的部署、參數(shù)調(diào)整、組裝結(jié)果優(yōu)化、組裝結(jié)果的評估等多個步驟。

① 百邁客組裝APP

百邁客云平臺基因組組裝評估分析APP具有上述提及的多種功能部署，并且只需要在windows平臺界面上進行簡單的鼠標(biāo)點擊，即可完成最為復(fù)雜的基因組組裝、優(yōu)化、結(jié)果評估等過程。該app自上線以來已完成200余項基因組組裝任務(wù)，具有高質(zhì)量+高效+極簡等特點。

組裝APP分析流程與結(jié)果查詢：

部分項目組裝APP運行情況：

（運行時間與物種特異性以及網(wǎng)站同期負載量相關(guān)，項目情況以物種實際分析周期為準）

② 百邁客動植物基因組組裝結(jié)果展示（部分）

（contigN50與物種特性、測序深度、染色體平均長度有關(guān)，項目情況以實際組裝結(jié)果為準）

（2）5mC甲基化

DNA甲基化是表觀遺傳調(diào)控的重要組成部分，在調(diào)控基因組印記、X染色體失活、轉(zhuǎn)座子沉默、基因表達、表觀遺傳記憶、胚胎發(fā)育和腫瘤發(fā)生等方面發(fā)揮著重要作用，其廣泛存在于細菌、植物和動物中，現(xiàn)在有的DNA甲基化類型主要有以下幾種：5-甲基胞嘧啶（5-mC）、少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。

其中，胞嘧啶第5位碳原子上的甲基化（5mC）動態(tài)修飾研究得較為深入。?在真核生物中，最常見的甲基化修飾是5mC。5mC 是DNA的CG雙核苷酸的胞嘧啶被選擇性的添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶的過程。其作用方式：①抑制轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)錄過程；②結(jié)合抑制因子，從而抑制轉(zhuǎn)錄過程

5mC 特征

? 哺乳動物甲基化多發(fā)生于CpG二核苷酸序列上

? 植物甲基化多發(fā)生于CpG、CHG、CHH

? CpG富集區(qū)域多位于基因的啟動子區(qū)域

? 位于啟動子區(qū)域的甲基化一般會抑制轉(zhuǎn)錄

近日，PacBio 已經(jīng)實現(xiàn)通過HiFi測序直接檢測 DNA 樣本中 CpG 位點的 5mC甲基化?；贖iFi 的 5mC 檢測能夠在提供既長又準的測序結(jié)果的同時，給出準確的單倍型甲基化信息。簡單來說，做基因組就能額外獲取甲基化信息，一份數(shù)據(jù)，雙份收獲！加倍快樂！

同時，具有甲基化信息的HiFi數(shù)據(jù)，所占存儲僅增~5%，極大的壓縮了可分析的空間，為表觀遺傳挖掘保駕護航！

應(yīng)用上：

① ?除了常規(guī)基因組中甲基化的修飾，大多數(shù)二倍體基因組組裝都忽略了同源染色體之間的差異，將基因組組裝成一個假的單倍體序列，但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)僅單套的基因組數(shù)據(jù)難以完全演示高雜合物種的全面信息。同源染色體之間不同遺傳位點的組合對生物表型有重要影響，如動植物中的雜種優(yōu)勢、某些物種雜交不育現(xiàn)象等。單倍型等位基因間差異對基因表達、功能及其表型都有著重要影響，大多數(shù)雜交品種的優(yōu)勢表型都受等位基因調(diào)控。二倍體馬鈴薯（Zhou Q et al., Nature Genetics.2020）、蘋果（Sun X P et al.,Nature Genetics.2020）、鐵觀音（Zhang X et al., Nature Genetics.2021）等單體型基因組的案例給我們成功展示了高雜合度的二倍體同源組間有不對稱演化的現(xiàn)象，即某套單倍型上保留較高的基因表達水平、維持較低的甲基化水平、經(jīng)歷較強的純化選擇（負選擇）等。

例如，馬鈴薯的20,583對等位基因中，有16.6％和30.8％的等位基因之間存在表達差異和甲基化差異,有害突變和差異表達的等位基因分散在兩種單倍型中。因此，現(xiàn)在可以在構(gòu)建單倍型基因組之后，直接通過HiFi數(shù)據(jù)解析其上甲基化信號，從而深入挖掘等位基因間的差異情況，為解析物種重要性狀形成的遺傳機制奠定重要基礎(chǔ)。

馬鈴薯基因組的單倍型差異（有害變異、甲基化水平、基因數(shù)等）

② ?在雜合度極低的物種中，往往會追求更完美和更準確的組裝，尤其是解析其上高度復(fù)雜的著絲粒位點，植物的著絲粒位于染色體的異染色質(zhì)區(qū)域，該區(qū)域由多種類型的DNA重復(fù)元件組成，主要包括衛(wèi)星DNA序列、單一拷貝DNA、反轉(zhuǎn)錄元件、轉(zhuǎn)座子和端粒類重復(fù)序列等。人類基因組完成圖（Nurk S et al., Science.2022; Altemose N et al., Science.2022; Gershman A et al., Science.2022）、擬南芥T2T基因組（Naish M et al., Science.2021;Wang B et al., GPB.2021）等研究均說明，對著絲粒區(qū)的甲基化等表觀調(diào)控進行解析，具有重要的研究意義。例如，擬南芥T2T基因組研究中，作者發(fā)現(xiàn)著絲粒的DNA甲基化高于著絲粒周圍區(qū)域，但在著絲粒內(nèi)部，CENH3信號富集的CEN180高度串聯(lián)重復(fù)區(qū)域呈現(xiàn)低甲基化狀態(tài)（Wang B et al., GPB.2021）。