[文章] 三代萤火虫基因组文章发表

萤火虫可以通过发光细胞中的荧光素和ATP,在荧光素酶的催化作用下,与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。萤火虫发出的荧光是一种冷光,其发光效率可高达98%左右。

萤火虫可以利用荧光的闪烁节奏形成特定的闪光信号,主要用来吸引异性交尾,偶尔也起一定的警戒作用。这种行为与蟋蟀鸣叫,蝴蝶起舞等类似,都可归为求偶行为,因为场面过于浪漫,被人们赋予更多诗意。

夏夜、繁星,微风吹拂,蒲扇轻摇,流萤如一盏盏悬空点燃的小灯笼,舞动出独属夜的宁静和美妙。然而,这些可爱的小精灵如今却难觅踪迹。萤火虫家族急速缩减,有几个主要原因:一是过度砍伐森林或过度景观开发导致萤火虫栖息地被直接破坏;二是光污染;三是农药的使用;四是水污染。

 

2016年4月,未来组联合中国最权威的萤火虫自然保护研究中心——守望萤火,共同启动对萤火虫的基因组测序研究。依托守望萤火研究中心多年的物种保护和研究经验,对萤火虫基因组进行深度测序,将有助于我们理解这种萤火虫独特的闪光求偶行为,保护萤火虫生物多样性,进而守望萤火,守护美丽和惊奇。

 

2017年11月,未来组团队完成了首个萤火虫科物种的基因组测序组装,文章发表在GigaScience。文中,研究人员克服了该基因组高杂合、高重复度的难点,组装出连续性、完整度和准确度都非常优异的高质量参考基因组,是迄今除了模式动物果蝇之外,基因组组装连续性最高的昆虫基因组。

 

胸窗萤(Pyrocoelia pectoralis

胸窗萤基因组大小预估为785Mb,杂合度在2%-3%,有约>40%属于重复序列,这些特性都是构建参考基因组过程中需要面临的困难。

Fig.1 基因组survey k-mer分析图

 

未来组通过高深度的PacBio测序,加上二代数据校正,以及去除组装基因组冗余,最终构建高质量的参考基因组(760.4Mb),覆盖预估基因组大小的96.9%,contig N50=3.04Mb,是迄今为止除了模式动物果蝇之外,基因组组装连续性最高的昆虫基因组,经过BUSCO评估基因完整性很好(Table 1)

通过转录组reads和注释的unigenes评估基因组注释情况,98%unigenes可以比对到基因组上(Table 2)

未来组为构建高杂合高重复序列的复杂昆虫基因组,搭建个性化work flow(见后图),据此获得的高质量的萤火虫基因组,为进一步研究荧光的产生,特殊的求偶行为提供基础。

work flow

 

本次高杂合高重复序列的萤火虫基因组以如此优异的组装效果发表,与未来组多年来的积累和沉淀密不可分。2017年未来组引进Oxford Nanopore平台,将在PacBio Sequel一贯的长读长的优势基础上,进一步开发基于GridION的平均读长在50Kb以上的超长读长(Ultra long Reads)的应用,将与PacBio Sequel平台各发挥其所长,相辅相成,解决基因组学领域的技术瓶颈,为不同的科研及医学项目提供灵活、低成本、定制化的测序服务。

 

参考文献

Fu X, Li J, Tian Y, et al. Long-read sequence assembly of the firefly Pyrocoelia pectoralis genome[J]. GigaScience, 2017.

武汉未来组生物科技有限公司(Nextomics Biosciences)成立于2011年8月8日,总部位于武汉光谷生物城,目前在北京生命科学园和美国纽约设立有分支机构,是世界领先三代测序基因组中心。

未来组通过三代测序生物信息学工具和流程的开发,解决了复杂基因组组装、微生物完成图组装、全长转录组分析、人类基因组变异检测等领域的技术瓶颈,推动了基因组学研究的升级换代,目前已经完成数百个三代测序科研项目,发表了多篇三代测序的科学文献。因为专注于三代测序技术开发和应用推广,未来组已成为三代测序技术应用的第一品牌。

 

 

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