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年度总结|贝纳基因De novo项目文章盘点

 

贝纳基因作为国内首批引进Oxford Nanopore测序平台的公司,目前拥有国内最大的测序通量和日均产出。随着测序技术和分析技术的发展,三代基因组高分文章频繁出现,2021年贝纳基因在基因组De novo方向也有多篇高分文章产出。

 

贝纳基因长期致力于各类物种的基因组测序和组装分析,特别是在药用植物基因组方面研究和产出较多,并牵头构建了千种药用植物基因组数据库(http://www.herbgenome.com),为广大药用植物研究学者提供科研便利。下面就跟小编一起盘点2021年ONT测序组装的精选项目文章吧。

 

1、黄连基因组揭示小檗碱多样性

(Nat. Commun. IF=11.878)

 

研究背景:

黄连属植物是世界上最有益于人类健康的珍贵药材之一,药理作用在《本草纲目》、《中国植物学和医学百科全书》中已有详细记载。黄连苦味的有效成分主要为原小檗碱型生物碱,如小檗碱、黄连碱、药根碱、巴马汀、表小檗碱和木兰碱等。这些生物碱具有消炎、抗感染,以及预防和治疗心血管、糖尿病、癌症和神经系统疾病的功效。

 

基因组组装策略:

Nanopore(80×)+ Illumina(100×)+ HiC

 

主要研究结果:

(1) 组装获得基因组大小为936.6 Mb,Contig N50为806.6 kb。

(2) 黄连基因组中重复序列LTR占比较高,近期Gypsy的大量插入导致LTR亚家族数量差异。

(3) 系统发育和比较基因组分析揭示了黄连的系统发育位置,并发现了由毛茛科共享的一次古老的全基因组复制事件。

(4) 对小檗碱合成通路研究发现,基因组串联重复导致了毛茛分枝特异性CYP719基因家族成员的扩张,其基因功能多样性,可能在小檗碱相关的其他生物碱的多样性中发挥关键作用。

 

文章亮点:

(1) 提供了早期分化的真双子叶植物基因组图谱。

(2) 为毛茛属植物的遗传学和应用研究提供了有价值的模式基因组。

 

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2、百岁兰基因组揭示其在沙漠极端干旱环境下的长寿机制

(Nat. Commun. IF=11.878)

 

研究背景:

裸子植物百岁兰是百岁兰科唯一的物种,其分布于安哥拉及非洲西南部沙漠,具有极长的寿命和两片较长的叶片,且叶片持续生长不脱落。该研究首次公开发表了百岁兰染色体水平组装的基因组(6.8 G/1 C)及甲基化和转录组数据,以探索其特殊的生物学特性。

 

基因组组装策略:

Oxford Nanopore(108×)+ Illumina(134×)+ Hi-C

 

主要研究结果:

(1) 组装获得大小为6.86Gb的百岁兰基因组,Contig N50和Scaffold N50分别为1.48 Mb和295 Mb。

(2) 基因组进化分析证实了百岁兰和买麻藤分化后,在约8千6百万年前发生了一次独立的WGD事件。

(3) 重度甲基化加速了百岁兰基因组脱氨基的速率,使得GC含量异常偏低。同时WGD事件后基因组大小减少,可能会逐渐演化出一个更为精简的,水和营养等高效利用的基因组,以适应恶劣的、贫瘠缺水的沙漠环境。

(4) 对基因和基因家族进行深入分析,解析百岁兰的特异性状形成机制。

 

文章亮点:

(1) 提供了百岁兰染色体级别基因组图谱。

(2) 研究表明,百岁兰的基因组进化与其经历的地质环境和高温干旱影响有较强关联性,基因组趋向小、低耗的方向发展。

(3) 为研究恶劣环境中植物的适应与进化提供了有价值的研究模型。

 

3、利用Nanopore测序技术组装药用植物地黄基因组

(Comput. Struct. Biotech. IF=7.271)

 

研究背景:

地黄是一种重要的药用植物,其根部富含以环烯醚萜为主的生物活性成分,具有清热生津,补血滋阴的功效。

 

基因组组装策略:

Nanopore + Illumina + HiC

 

主要研究结果:

(1) 组装获得2.49 Gb的染色体级别高质量同源四倍体地黄基因组,Contig N50为658 kb。

(2) 地黄基因组中重复序列比例较高,占整个基因组67%以上,其中LTR,特别是Copia(31%)发生显著扩张。

(3) 系统发育和比较基因组分析证实了地黄为列当科物种,与透骨草科遗传关系最近,地黄在364万年前发生了一次独立的WGD事件。

(4) 对地黄有效药用成分进行分析时发现,UDP-dependent glycosyltransferases和terpene synthase基因家族的扩张,促进了地黄萜类物质的生物合成及其多样性的发生。

 

文章亮点:

(1) 提供了同源四倍体地黄染色体级别基因组图谱。

(2) 为地黄重要药理化合物的研究和开发提供重要基础。

 

 

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4、云南红豆杉基因组研究为裸子植物系统发育和紫杉醇生产提供新见解(Commun. Biol. IF=6.27)

 

背景简介:

裸子植物红豆杉是抗癌药物紫杉醇唯一来源,该研究完成了云南红豆杉染色体水平基因组,为紫杉醇生物合成和进化提供新见解。

 

基因组组装策略:

Nanopore + Illumina + HiC

 

主要研究结果:

(1)组装获得高质量云南红豆杉基因组(10.7 Gb,Contig N50: 2.89 Mb)。

(2)探讨了红豆杉与其他裸子植物的遗传进化关系。

(3)紫杉醇合成基因多以基因簇的形式分布于12号染色体上。

(4) 该研究有助于进一步阐明裸子植物间的进化关系和紫杉醇的生物合成途径。

研究亮点:

(1) 该研究组装获得高质量红豆杉基因组。

(2) 对紫杉醇合成通路基因进行挖掘发现紫杉醇合成基因成簇分布。

 

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5、烟草粉螟染色体水平基因组组装(Gemone Biol Evol. IF=3.416)

 

背景简介:

烟草粉螟是一种贮藏害虫,以烟草、可可豆、谷物为食。该研究为进一步了解烟草粉螟的生物学特征提供有价值的基因组基础。

 

基因组组装策略:

Nanopore + Illumina + HiC

 

主要研究结果:

(1)组装获得576.94Mb高质量烟草粉螟基因组。

(2)注释鉴定得到15637个基因和727个非编码RNA。

(3)基因家族进化和功能富集分析显示,显著扩展的基因家族主要涉及消化、解毒等功能。

(4)烟草粉螟、家蚕和斜纹夜蛾中也观察到较强的染色体共线关系,为研究烟草粉螟的生物学特征提供基础。

 

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参考文献:

1. Liu Y, et al. Analysis of the Coptis chinensis genome reveals the diversification of protoberberine-type alkaloids. Nat Commun. 2021.

2. Wan T, et al. The Welwitschia genome reveals a unique biology underpinning extreme longevity in deserts. Nat Commun. 2021.

3. Ma L, et al. De novo genome assembly of the potent medicinal plant Rehmannia glutinosa using nanopore technology. Comput Struct Biotechnol J. 2021.

4. Song C, et al. Taxus yunnanensis genome offers insights into gymnosperm phylogeny and taxol production. Commun Biol. 2021.

5. Yan B, et al. A Chromosome-Level Genome Assembly of Ephestia elutella (Hu ̈ bner, 1796) (Lepidoptera: Pyralidae). Gemone Biol Evol. 2021.

 


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