福建农林****：异源多倍体组装不再可怕

2015年1月31日的，福建农林大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的明瑞光（Ray Ming）教授在国际生物学权威期刊《Genome Biology》以研究热点的形式发表一项重要综述，这项研究指出，利用全基因组鸟枪测序和分离群体skim测序构建高密度连锁图谱相结合的方法，对于组装异源多倍体基因组是很有效的。

　　

生物通报道：2015年1月31日的，福建农林大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的明瑞光（Ray Ming）教授和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Ching Man Wai在国际生物学权威期刊《Genome Biology》以研究热点的形式发表一项重要综述，题为“Assembling allopolyploid genomes: no longer formidable”。这项研究指出，利用全基因组鸟枪测序和分离群体skim测序构建高密度连锁图谱相结合的方法，对于组装异源多倍体基因组是很有效的。延伸阅读：Nature Biotechnology报道最新基因组组装方法。

本文通讯作者明瑞光教授1995年获美国夏威夷大学植物遗传育种博士学位，1995年至1998年在美国德州农工大学从事博士后研究，现为美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校农学和植物学教授，福建农林大学海外引进人才。明瑞光教授是国际植物性染色体进化研究和植物基因组进化领域重要领导者和活跃科学家，先后共同主持了13场相关国际学术研讨会。曾经在Nature、PNAS、Genomics、Mol Breeding、Plant J、Genome Biology等国际知名期刊发表论文多篇。

该论文首先回顾了异源多倍体基因组组装的障碍。组装异源多倍体基因组的第一个挑战是，区分一个物种当中两个密切相关的亚基因组（subgenome。第二个挑战是，部分同源染色体之间会发生易位、重复和交叉。一个亚基因组的片段嵌入到另外一个亚基因组，可能会导致不同部分同源染色体与一个镶嵌人工染色体的错配。第三，植物基因组的一个共同特点是，往往有反转录转座子的朝显性，这会在部分同源染色体之间复制和粘贴，可能造成错误组装。

鉴于上述三种挑战，该论文指出，全基因组鸟枪法似乎不适合于异源多倍体基因组装配。传统上，测定作物异源多倍体基因组的方法一直都是测定祖先二倍体基因组，这在棉花、草莓、咖啡和油菜中已经有过研究。然而，17Gb的小麦基因组的祖先基因组，比上述任何物种的异源多倍体基因组都要大，测定任何三个5.5Gb的祖先基因组需要大量投资。小麦基因组包括21个大的可区分的染色体，小麦研究人员采用分选每个染色体或染色体臂用于测序和组装的方法。使用这种方法可以消除部分同源染色体的错误组装。然而，染色体分选并不能产生足够数量的DNA，用于Illumina技术的高通量测序。因此，把每个染色体或臂扩增成短片段是很有必要的，从而不可能构建大插入跳跃文库用于scaffolding，这会导致组装基因组中的短contigs。使得随后的基因组研究效率较低。

随后该论文探讨了通过skim基因组测序构建的超高密度连锁图谱，对于异源多倍体基因组的正确装配是不可或缺的。这种超高密度连锁图谱的关键应用是，验证和纠正装配的scaffolds。

总而言之，与染色体臂为基础的组装和之前描述的全基因组鸟枪法测序组装方法相比，将全基因组鸟枪测序法与skim测序构建的连锁图谱相结合，可产生更好的基因组组装。短末端基因组测序增加的测序深度，将进一步改善基因组组装。

这种方法不仅对其他大的异源多倍体基因组（像黑麦和燕麦）是适用和有利的，而且还可应用于所有物种的草图基因组测序，不论是二倍体还是多倍体。通过个体基因组skim测序的基因分型价格实惠，测序深度可以从水稻中的0.2倍提高到小麦的1.4倍，到任何基因组中的2到4倍。增加的深度不会增加图谱的分辨率，但是它会增加错组装scaffolds的纠正能力及准确度。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Ray Ming and Ching Man Wai. Assembling allopolyploid genomes: no longer formidable. Genome Biology 2015, 16:27  doi:10.1186/s13059-015-0585-5.