PacBio SMRT HiFi和Omni-C染色体捕获 揭开美丽珍珠背后的分子指纹

日本研究人员用PacBio单分子实时(SMRT)HiFi长读长、Omni-C染色体捕获技术、单倍型阶段基因组组装策略，重建了合浦珠母贝14对共28条染色体基因组图谱，揭示了珍珠牡蛎意想不到的单倍型多样性，证明单倍型阶段组装的质量和准确性超过了单倍型合并的组装，可以有效地产生几乎完整的参考基因组。

　　

   

   

图片:珍珠牡蛎壳中的珍珠。珍珠贝在日本是一种重要的产品，因为它们能生产出漂亮的珍珠，被用来制作项链、耳环和戒指。      图片来源 MIKIMOTO株式会社，珍珠研究所

双十一到了，年底也快到了，你奖励自己或者送给爱人的礼品清单中有没有这种具有迷人光泽的有机珠宝——珍珠？akoya珍珠具有更晶莹锐利更镜面效果的独特光泽、相对大溪地和南洋珠更可亲的价格，是许多爱美人士的心头好。为了能养殖出更美丽、更高产量的珍珠，科研人员正在做出重要贡献。

• 珍珠贝是一种重要的养殖动物，在过去的20年里因为疾病和赤潮、环境等不同因素的组合，使akoya珍珠的产量从每年约7万公斤下降到每年仅2万公斤。

• 为了进一步了解它们的潜在基因，并希望发现有较强环境适应能力的品系，研究人员利用PacBio单分子实时(SMRT) HiFi长读长和Omni-C染色体捕获数据构建构建了一个高质量的、染色体规模的珍珠牡蛎基因组——值得注意的是对两对染色体分别测序，不做合并，从而揭示了野生个体内基因库的意想不到的多样性。一项非常重要的发现是，研究人员发现了一种负责免疫的基因变体，这提示有望培育出一种有较强环境适应能力的珍珠牡蛎品系。

珍珠贝在日本是一种重要的水产养殖动物，因为它们生产的美丽的珍珠被用来制作项链、耳环和戒指。在20世纪90年代初，水产养殖业每年带来约880亿日元的收入。但是，在过去的20年里，新的疾病和赤潮的结合使日本的珍珠产量从每年约7万公斤下降到仅2万公斤。来自冲绳科学技术研究所(OIST)的研究人员与K. MIKIMOTO 公司珍珠研究所和日本水产研究教育机构等其他一些研究机构合作，构建了一个高质量的、染色体尺度的珍珠牡蛎基因组，他们希望可以用来寻找有较强环境适应能力的品系。这项研究最近发表在《DNA Research》。

“建立基因组非常重要，”该研究的两位第一作者之一、OIST海洋基因组学部门的工作人员Takeshi Takeuchi博士说。“基因组是生物体的全部基因，其中许多基因对生存至关重要。有了完整的基因序列，我们可以做很多实验，回答有关免疫和珍珠如何形成的问题。”早在2012年，竹内博士和他的合作者就发表过一份合浦珠母贝（Pinctada fucata）基因组草图，这种软体动物的首批基因组之一。他们继续进行基因组测序，以建立一个更高质量的、染色体规模的基因组组装。

这种牡蛎的基因组是由14对染色体组成的，分别从父母双方继承一组染色体。每一对的两条染色体携带几乎相同的基因，但如果不同的基因库有利于它们的生存，则会有细微的差异。通常在基因组测序时，研究人员会将一对染色体合并在一起。这对实验室动物很有效，因为它们的染色体之间通常有着几乎相同的遗传信息。但对于野生动物来说，它们的染色体对之间存在着大量的基因变异，这种方法会导致信息的丢失。

在这项研究中，研究人员决定在测序基因组时不合并染色体。相反，他们对两组染色体分别进行了测序——这是一种非常罕见的方法。事实上，这可能是第一个用这种方法研究海洋无脊椎动物的研究。

由于珍珠贝有14对染色体，所以它们总共有28条染色体。OIST的研究人员Manabu Fujie先生和Mayumi Kawamitsu女士使用最先进的PacBio单分子实时(SMRT) HiFi长读长和Omni-C染色体捕获技术对基因组进行测序，进行单倍型合并基因组组装，证明单倍型阶段组装的质量和准确性超过了单倍型合并的组装，表明单倍型阶段基因组组装策略可以有效地产生几乎完整的参考基因组。珍珠牡蛎基因组揭示了单倍型之间意想不到的多样性，尤其是在非共联区域，这些区域可能在维持珍珠牡蛎固有免疫中起着至关重要的作用。

另一位第一作者铃木佳彦(Yoshihiko Suzuki)博士是OIST生态和进化基因组学算法的前博士后学者，现就职于东京大学。他和Takeuchi博士重建了所有28条染色体，发现了其中一对染色体——9号染色体对的两个染色体之间的关键差异。值得注意的是，这些基因中有许多与免疫力有关。

“一对染色体上的不同基因是一个重大发现，因为这些蛋白质可以识别不同类型的传染病，”竹内博士说。他指出，当养殖这种动物时，通常会有一个品系有更高的存活率或生产更美丽的珍珠。农民经常用这种品系饲养两只动物，但这会导致近亲繁殖，减少遗传多样性。研究人员发现，在连续三个近亲繁殖周期后，遗传多样性显著降低。如果这种多样性的减少发生在与免疫相关基因的染色体区域，就会影响动物的免疫力。“保持水产养殖种群的基因组多样性很重要。”

DOI

10.1093 / dnares / dsac035  

文章标题

A high-quality, haplotype-phased genome reconstruction reveals unexpected haplotype diversity in a pearl oyster