Bionano DLS重磅文章!助力高粱基因組實現染色體水平組裝

Bionano?DLS技術(Direct Labeling and Staining),無需酶切即可完成熒光標記-掃描成像,其超強的組裝能力引起了廣大科研人員的關注。今天,小編為大家奉上近期發表的一篇高粱基因組研究文章,充分展示了Bionano?DLS技術的組裝技能。

 

A chromosome-scale assembly of the sorghum genome using nanopore sequecing and optical mapping

雜志:Nature 預印本bioRxiv

研究單位:陶氏杜邦農業事業部


高粱是一種十分重要的經濟作物,具有極強的干旱和高溫適應性。高粱基因組約為730Mb,遠小于其他的作物基因組,如玉米基因組(約2.3Gb)和大豆基因組(約1.2Gb);且約61%的基因組為高度重復序列,此外還有大量的轉座子成分。


樣本選取:高粱Tx430(Sorghum bicolor inbred Tx430 transfformation line)

測序策略:Bionano DLS+ Nanopore(90.7X)

1.MinION序列糾錯和組裝

作者對MinION序列使用Canu糾錯和Smartdenovo組裝,組裝大小為671.8Mb,其中最大的400條Contig占基因組的97%。

表1?ONT組裝指標統計

 

2.初始組裝的準確性和完整性

將組裝的contig序列與已公布的v3.0.1高粱基因組進行比對,對初始組裝進行準確性和完整性評估。在兩輪Pilon糾錯后,再用nanopolish polish一次,準確性為99.67%,比對率為97.74%。

NUCmerV3.1比對結果顯示平均序列一致性為97.67%。ONT全基因組組裝還發現了一個在特殊轉基因系中系統性發現CRISPR/Cas9的Target位點,例如著絲粒特異性的histineH3(Sb-CENH3)基因,并通過10x Genomics測序進行了驗證。

 

3.Bionano DLS Contig圖譜組裝

采用Bionano DLS技術構建高粱Tx430光學圖譜,組裝獲得了79個圖譜,總長達到732.1Mb。Map N50為33.78Mb,32個圖譜覆蓋了99.5%的全基因組序列。

表2 ?Bionano DLS數據及組裝指標

 

4.Bionano DLS組裝結果和與已發表基因組的比較

將DLS光學圖譜比對到參考基因組轉換的物理圖譜上,發現Tx430和BTx623參考基因組間的潛在結構變異。DLS圖譜中斷裂的位點在長的著絲粒區、核糖體DNA區和片段復制區域以及高雜合區域。除了2號染色體之外,其他染色體組裝僅需2個Bionano map,每個map都幾乎達到了染色體臂的水平。

 

圖1 ??Bionano DLS光學圖譜檢測到高粱Btx623的6號染色體上存在倒位

 

5.染色體水平混合組裝

通過Bionano DLS與ONT混合組裝,極大地提升了基因組的連續性,并將混合組裝的Scaffold與V3.0.1比對評估了組裝的準確性。最后,混合組裝產生了29條Scaffold,約661.16Mb,Scaffold N50從3Mb飛躍性提升至33.28Mb。將這29條Scaffold比對到V3.0.1基因組上,所有公布的10條染色體序列都裝到了一個圖譜上,結果表明Bionano DLS組裝圖譜的高度完整性,并真正實現了組裝到染色體水平。

圖2 ?Bionano DLS光學圖譜檢測到ONT Contig上存在一段1,877bp的插入,分析結果表明此插入為錯誤組裝

 

表3 ?Bionano DLS與ONT混合組裝指標

本研究成功地使用Bionano DLS結合Nanopore實現了高重復植物基因組的染色體級別的組裝,并具有成本低、準確度高、連續性高等特點,未來將為其他高重復基因組完整組裝提供范例,并應用于快速鑒定突變系或轉基因插入物,設計更多基因編輯靶標等更多研究方向。

 

貝瑞基因作為全球Bionano光學圖譜技術的踐行者,引進無需酶切即可進行熒光標記的DLS技術,可實現構建跨越整個染色體臂甚至完整染色體的超長基因組圖譜,更高效的捕獲基因組的線性結構、順序和方向等信息,為基因組研究帶來新的希望!

 

【參考文獻】

Deschamps, S. et al., A chromosome-scale assembly of the sorghum genome using nanopore sequecing and optical mapping. bioRxiv. 2018.

 

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