Bionano DLS重磅文章!助力高粱基因组实现染色体水平组装

Bionano DLS技术(Direct Labeling and Staining),无需酶切即可完成荧光标记-扫描成像,其超强的组装能力引起了广大科研人员的关注。今天,小编为大家奉上近期发表的一篇高粱基因组研究文章,充分展示了Bionano DLS技术的组装技能。

 

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

杂志:Nature 预印本bioRxiv

研究单位:陶氏杜邦农业事业部


高粱是一种十分重要的经济作物,具有极强的干旱和高温适应性。高粱基因组约为730Mb,远小于其他的作物基因组,如玉米基因组(约2.3Gb)和大豆基因组(约1.2Gb);且约61%的基因组为高度重复序列,此外还有大量的转座子成分。


样本选取:高粱Tx430(Sorghum bicolor inbred Tx430 transfformation line)

测序策略:Bionano DLS+ Nanopore(90.7X)

1.MinION序列纠错和组装

作者对MinION序列使用Canu纠错和Smartdenovo组装,组装大小为671.8Mb,其中最大的400条Contig占基因组的97%。

表1 ONT组装指标统计

 

2.初始组装的准确性和完整性

将组装的contig序列与已公布的v3.0.1高粱基因组进行比对,对初始组装进行准确性和完整性评估。在两轮Pilon纠错后,再用nanopolish polish一次,准确性为99.67%,比对率为97.74%。

NUCmerV3.1比对结果显示平均序列一致性为97.67%。ONT全基因组组装还发现了一个在特殊转基因系中系统性发现CRISPR/Cas9的Target位点,例如着丝粒特异性的histineH3(Sb-CENH3)基因,并通过10x Genomics测序进行了验证。

 

3.Bionano DLS Contig图谱组装

采用Bionano DLS技术构建高粱Tx430光学图谱,组装获得了79个图谱,总长达到732.1Mb。Map N50为33.78Mb,32个图谱覆盖了99.5%的全基因组序列。

表2  Bionano DLS数据及组装指标

 

4.Bionano DLS组装结果和与已发表基因组的比较

将DLS光学图谱比对到参考基因组转换的物理图谱上,发现Tx430和BTx623参考基因组间的潜在结构变异。DLS图谱中断裂的位点在长的着丝粒区、核糖体DNA区和片段复制区域以及高杂合区域。除了2号染色体之外,其他染色体组装仅需2个Bionano map,每个map都几乎达到了染色体臂的水平。

 

图1   Bionano DLS光学图谱检测到高粱Btx623的6号染色体上存在倒位

 

5.染色体水平混合组装

通过Bionano DLS与ONT混合组装,极大地提升了基因组的连续性,并将混合组装的Scaffold与V3.0.1比对评估了组装的准确性。最后,混合组装产生了29条Scaffold,约661.16Mb,Scaffold N50从3Mb飞跃性提升至33.28Mb。将这29条Scaffold比对到V3.0.1基因组上,所有公布的10条染色体序列都装到了一个图谱上,结果表明Bionano DLS组装图谱的高度完整性,并真正实现了组装到染色体水平。

图2  Bionano DLS光学图谱检测到ONT Contig上存在一段1,877bp的插入,分析结果表明此插入为错误组装

 

表3  Bionano DLS与ONT混合组装指标

本研究成功地使用Bionano DLS结合Nanopore实现了高重复植物基因组的染色体级别的组装,并具有成本低、准确度高、连续性高等特点,未来将为其他高重复基因组完整组装提供范例,并应用于快速鉴定突变系或转基因插入物,设计更多基因编辑靶标等更多研究方向。

 

贝瑞基因作为全球Bionano光学图谱技术的践行者,引进无需酶切即可进行荧光标记的DLS技术,可实现构建跨越整个染色体臂甚至完整染色体的超长基因组图谱,更高效的捕获基因组的线性结构、顺序和方向等信息,为基因组研究带来新的希望!

 

【参考文献】

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

 

咨询详情请联系贝瑞基因当地销售或致电010-84409702/或发电子邮件至邮箱sequence@berrygenomics.com。

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