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暗斑叉尾鮰染色体水平基因组组装

期刊:scientific dataDOI:10.1038/s41597-023-02509-0

本文档属于类型a,即报告了一项单一原创研究。以下是针对该研究的学术报告:

作者及研究机构
本研究的主要作者包括Gao Rui Gong、Wensi Ke、Qian Liao、Yang Xiong、Jingqi Hu和Jie Mei,他们来自华中农业大学水产学院及湖北洪山实验室。该研究于2023年发表在《Scientific Data》期刊上,论文标题为“A chromosome-level genome assembly of the darkbarbel catfish Pelteobagrus vachelli”。

学术背景
暗斑真鮰(Pelteobagrus vachelli)是中国重要的水产养殖物种,因其生长速度快,广泛用于杂交黄颡鱼的生产。然而,长期以来,关于暗斑真鮰基因组的信息有限,这阻碍了进一步的遗传研究和育种计划。本研究旨在利用PacBio长读长测序和Hi-C技术,构建暗斑真鮰的高质量染色体水平基因组组装,为未来的杂交育种、比较基因组学和进化研究提供关键资源。

研究流程
研究分为多个步骤,具体如下:

  1. 样本采集与测序
    从中国武汉长江流域采集了一条成年雌性暗斑真鮰,提取了高分子量(HMW)基因组DNA用于Illumina和PacBio测序。通过标准琼脂糖凝胶电泳和Qubit荧光计评估DNA质量。Illumina测序生成了96.33 GB的短读长数据,PacBio测序生成了109.76 GB的长读长数据,平均读长为13.8 kb。

  2. Hi-C文库构建
    使用同一暗斑真鮰的血液样本构建Hi-C文库,生成了89.12 GB的Hi-C数据,用于基因组支架构建。

  3. RNA提取与测序
    从脾脏、肾脏、大脑、肌肉、卵巢和肝脏等多个组织中提取总RNA,构建cDNA文库并测序,生成了13.11 GB的RNA-seq数据,用于基因组注释。

  4. 基因组组装与抛光
    使用Wtdbg2和Flye两种组装工具对基因组进行初步组装,随后使用Arrow和NextPolish进行抛光,最终生成了691.96 Mb的基因组组装,包含318个contig。

  5. Hi-C支架构建
    使用Juicer和3D-DNA工具将contig分组、定向并排序到26条染色体上,最终成功将691.13 Mb的基因组锚定到染色体上,占基因组总大小的99.9%。

  6. 重复序列注释
    使用RepeatModeler和RepeatMasker对基因组中的重复序列进行注释,发现约35.79%的基因组由重复序列组成,其中反转录转座子(Retroelements)占13.77%,DNA转座子占11.48%。

  7. 基因预测与功能注释
    结合转录组、从头预测和同源比对方法,预测了22,109个蛋白质编码基因,其中96.1%的基因获得了功能注释。

  8. 基因组同线性分析
    将暗斑真鮰基因组与黄颡鱼和长吻鮠的基因组进行同线性比较,发现高度保守的基因组结构。

主要结果
1. 基因组组装质量
基因组组装大小为692.10 Mb,contig N50为13.30 Mb,scaffold N50为27.55 Mb,BUSCO评估完整度为99.07%,表明基因组组装质量极高。

  1. 重复序列与基因注释
    重复序列占基因组的35.79%,预测的22,109个蛋白质编码基因中,96.1%获得了功能注释,包括Swiss-Prot、TrEMBL、NCBI非冗余蛋白数据库和eggNOG数据库的注释。

  2. 基因组同线性
    与黄颡鱼和长吻鮠的基因组比较显示,暗斑真鮰基因组具有高度保守的同线性关系,为研究鮰科鱼类的进化提供了重要线索。

结论与意义
本研究首次构建了暗斑真鮰的高质量染色体水平基因组组装,为杂交黄颡鱼的育种和遗传研究提供了关键资源。基因组数据的公开将促进鮰科鱼类的比较基因组学和进化研究,同时为水产养殖业的遗传改良提供理论支持。

研究亮点
1. 高质量基因组组装
通过PacBio长读长测序和Hi-C技术,构建了高质量的染色体水平基因组组装,BUSCO完整度高达99.07%。

  1. 功能注释全面
    预测的22,109个蛋白质编码基因中,96.1%获得了功能注释,为后续功能基因组学研究奠定了基础。

  2. 基因组同线性分析
    与黄颡鱼和长吻鮠的基因组比较揭示了鮰科鱼类的基因组进化特征,为研究杂交优势提供了重要线索。

其他有价值的内容
本研究的所有测序数据已上传至NCBI数据库,基因组组装和注释数据可通过FigShare公开获取,为全球研究者提供了便利的研究资源。

通过以上研究,暗斑真鮰的基因组信息得以全面解析,为水产养殖业的遗传改良和鮰科鱼类的进化研究提供了重要支持。

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