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    遺傳發育所開發高質量基因組組裝軟件
    2019年12月03日 09:20:00  來源:遺傳與發育生物學研究所    字體大小[]

      1125日,中國科學院遺傳與發育生物學研究所梁承志研究組開發的高質量基因組組裝軟件HERA在《自然-通訊》在線發表(Nature Communications,DOI:10.1038/s41467-019-13355-3)。論文題目為Assembly of chromosome-scale contigs by efficiently resolving repetitive sequences with long reads。 

      高質量基因組序列對于研究一個物種基因組的結構、功能、進化、基因定位和克隆等都至關重要。目前單分子測序技術的發展,已使得構建高質量基因組草圖越來越容易。然而,這些草圖序列仍然存在著由于組裝序列碎片化而導致的多種錯誤,比如不完整的基因序列、排列到染色體上之后的片段遺漏、排列順序錯誤和方向錯誤等。這些錯誤對于利用這些基因組所做的很多研究會造成不便或誤導。 

      中國科學院遺傳與發育生物學研究所梁承志組多年來通過結合單分子測序和光學圖譜及HiC等技術構建高質量基因組,已完成多個植物基因組的組裝。最近在前期工作的基礎上開發了一個利用單分子測序長片段進行基因組復雜區域組裝的新方法HERA。在現有軟件組裝的基礎上,HERA能夠大大改進基因組序列的連續性并減少了組裝錯誤。通過對水稻基因組進行測試發現,HERA將水稻中的絕大部分重復序列包括復雜的長串聯重復序列都正確地組裝了出來。在玉米、苦蕎和人基因組中與已發表版本進行對比,玉米的Contig N501.3 Mb提升至61.2Mb,人的Contig N508.3 MB提升至54.4 MB,苦蕎基因組Contig N50達到了27.85 Mb。在玉米B73參考基因組中填補了大量以前沒有組裝出的序列,校正了多處染色體上序列位置或方向錯誤,并增加了一些以前丟失的多個重要基因??嗍w中全基因組8條染色體共只由20Contig組成,其中一條染色體是一個Contig,展示了利用現有常規技術條件構建幾乎完整的基因組的潛力。HERA跟已有基因組組裝軟件CANU等非?;パa,預期二者的整合將會產生新的軟件,大大提高基因組組裝的效率。目前,由于單分子測序價格的下降,組裝一個與日本晴質量相當或更好的水稻參考基因組的成本已降到了3萬元以下。結合單分子測序、BioNanoHi-C數據,目前可以很低的成本得到絕大多數物種的高質量參考基因組。對于功能基因組研究來說,高質量基因組序列的獲取已不再是一個瓶頸,這預示著后基因組時代在多數物種中的全面到來。 

      論文第一作者為梁承志研究組博士生杜會龍,通訊作者為梁承志。軟件開發得到基因組分析平臺的大力支持和幫助。該研究得到中科院戰略性先導科技專項(A)“分子模塊設計育種創新體系”等的資助。 

        論文鏈接 

     

    圖a: HERA組裝基因組跟玉米參考基因組B73 RefGen_v4的比較。全基因組中序列缺口由2523個減少到了76個。圖b: 玉米參考基因組中缺失或多余的序列(上圖)經HERA改進后(下圖)被正確地填補或移除。 

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