产品简介 技术流程 样本要求 案例分析 FAQ

技术简介


De novo测序即在不依赖参考基因组的情况下对某物种基因组进行从头测序、拼接和组装,从而获得全基因组单碱基精度序列图谱。全基因组序列图谱完成后,可以构建该物种的基因组数据库;为该物种的后基因组学研究搭建一个高效的平台;为后续的基因挖掘、功能验证提供DNA序列信息。


优势

动植物de novo测序优势


De novo测序应用领域动植物de novo测序应用领域

高品质染色体水平基因组组装策略



技术流程

动植物de novo测序技术流程


产品参数


动植物de novo测序产品参数


样本要求


动植物de novo测序样本要求


注:若提供组织样品,则植物样本需为无菌黄化苗、组培样品或嫩叶;动物样本为肌肉、血液等脂肪含量较少的组织。尽量选择同一个体取样,以减少个体差异性对后续拼接的影响。如果动物样本的性别决定模式是XY型,则尽量选择雌性个体(XX型),如果是ZW型,则尽量选择雄性个体(ZZ型)。




案例解析


染色体水平的基因组为探究苹果蠹蛾的化学信号感知、杀虫剂抗性机制提供新思路


A chromosome-level genome assembly of Cydia pomonella provides insights into chemical ecology and insecticide resistance


动植物de novo测序案例解析


研究背景


苹果蠹蛾(Cydia pomonella)幼虫会蛀食果实,并向外排出虫粪,不但降低果品质量,还会引起落果,导致果树减产,造成严重的经济损失。目前,主要通过施用性诱剂、杀虫剂等控制其传播。该研究通过多种技术平台组装获得了一套高质量的苹果蠹蛾基因组,并进一步探究了苹果蠹蛾的嗅觉感知和抗杀虫剂等环境适应机制。

研究方案


动植物de novo测序研究方案


研究结果


基因组组装及质量评估


该研究利用Illumina和三代PacBio测序,组装获得了772.89 Mb的苹果蠹蛾基因组,并利用Hi-C辅助组装,将1,108Scaffolds锚定到了27条常染色体和2条性染色体(ZW)上,挂载率高达97%。并且,Nanopore测序中99%reads能够比对到组装基因组,表明组装基因组具有较好的完整性和准确性,可用于后续研究。

表1. 苹果蠹蛾基因组的染色体水平组装

基因组注释及进化分析


利用OMIGA对组装的基因组进行功能注释,初步获得了16997个蛋白编码基因,在此基础上进一步通过人工比对,对已知与昆虫适应性相关的基因家族进行了功能注释,去冗余后,共获得蛋白编码基因17184个。进化分析发现,苹果蠹蛾大约是在141百万年前与鳞翅目obtectomeran发生分歧。

 图1. 苹果蠹蛾的基因组特征及进化分析

共线性、核型及性染色体进化分析


苹果蠹蛾有27条常染色体和2条性染色体,但W染色体部分片段发生了丢失或几乎完全退化。W染色体具有较高的长末端重复序列和DNA转座子,并且其中至少有两个重复序列在雌性中显著富集。但除TEs外,W染色体上几乎没有任何蛋白编码基因分布。

图2. 苹果蠹蛾基因组共线性及染色体进化分析

嗅觉受体编码基因OR3的复制增强了苹果蠹蛾寻找食物和配偶的能力


苹果蠹蛾中的性信息素受体编码基因OR3发生了扩张,其两个拷贝序列(CpomOR3aCpomOR3b)在染色体上形成了串联重复,在雌性和雄性苹果蠹蛾成虫触角中均具有较高的表达水平。并且,二者会在不同程度上对梨酯(能显著吸引苹果蠹蛾,引起雄性苹果蠹蛾对性信息素的响应)作出响应,表明CpomOR3aCpomOR3b可能经历了新的功能分化,具有不同的基因功能。

图3. CpomOR3a和CpomOR3b在染色体体上的分布

     GWAS分析鉴定到杀虫剂抗性相关SNPs


施加杀虫剂是防治苹果蠹蛾的有效方式,P450水解程度会影响苹果蠹蛾对杀虫剂的抗性,苹果蠹蛾基因组中共发现了146P450编码基因。GWAS分析显示,在P450基因的启动子区域,有9~10SNPs在杀虫剂敏感与抗性种群间存在差异,其中有3SNPs分布在杀虫剂抗性种群的CYP6B2启动子区。CYP6B2参与调控了苹果蠹蛾抵抗杀虫剂毒性的关键过程,可见这3SNPs在苹果蠹蛾适应杀虫剂毒性中起到了重要作用。

图4. 杀虫剂抗性响应基因中SNPs分布


研究结论


该研究组装获得了准确度高、完整性好的染色体水平的苹果蠹蛾基因组。基因组中嗅觉受体基因OR3的复制增强了苹果蠹蛾寻找食物和配偶的能力,CYP6B2在苹果蠹蛾抵抗杀虫剂毒性的过程中起到了关键作用。该研究不但为开展苹果蠹蛾适应机制研究奠定了遗传学基础,还为制定可持续的虫害防治策略提供了科学依据。


参考文献

 

Wan F, Yin C, Tang R, et al. A chromosome-level genome assembly of Cydia pomonella provides insights into chemical ecology and insecticide resistance[J]. Nature Communications, 2019, 10(1): 1-14


Q

植物基因组测序对样品有什么特殊要求?



A

一般推荐纯合个体进行测序,基因组Survey、三代基因组测序、Hi-C辅助组装以及用于基因组注释的转录组样品尽量来源于同一个体,若不能同时满足,要求基因组Survey和三代基因组测序必须使用同一个体,Hi-C辅助组装、转录组样本需要使用同一遗传背景的个体,对于含有特殊代谢物的物种,最好是选用黑暗无菌条件下培养的黄化苗或组培样品,样本取材越幼嫩越好,避免衰老成熟的组织。



Q

动物基因组测序对样品取样有什么特殊要求?



A

不同类型的组织DNA得率差别较大,样品提取应选用内脏组织、血液等核酸含量多、脂肪含量较少的部位。代谢活跃的肝脏组织DNA得率较高,纤维细胞丰富的肌肉组织DNA得率较低,鱼类和禽类推荐选择血液或肝脏组织。 尽量选用同一个体进行取样,如果物种体积较小,单个个体所提取的DNA量不能够满足建库需求,在保证量的前提下,应当尽量减少所使用样本的个数,以减少个体差异性对后续拼接的影响。如果不需要对两套基因组分别进行组装,样品建议采用纯合体材料。



Q

为什么要做Survey?



A

通过Survey可以获得基因组大小、GC含量、杂合度及重复序列等信息,为后续测序、基因组组装提供指导。该数据不仅可以用于Survey分析,还可以用于基因组草图纠错和组装完成后的基因组一致性评估。另外,对于一些寄生或者共生的样本,如体内分离到的寄生虫,在无法保证获得无污染样本的情况下,建议先进行基因组Survey,看看样本中是否有异源DNA污染,保证后续项目的顺利开展,避免经济损失。




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