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产品简介 Product Introduction

动植物基因组de novo测序技术是指在没有参考基因组的情况下，通过高通量测序技术对某一动植物物种的基因组进行从头测序、组装和注释的过程。通常动植物基因组都是二倍体，还有部分物种是多倍体，由于同染色体之间相似性高且受限于测序技术的精确度，基因组组装的时候难以将2套同源染色体组区分开，所以组装出来的是2套同源染色杂揉到一起的嵌合体基因组，随着测序技术的升级，借助高质量的Pacbio CCS数据+ONT Ult-long数据+Hic数据可以组装出单倍型基因组，为研究不同亲本来源的基因组表达、修饰和调控提供可能。

实验流程 Experimental Process

组装流程 Assembly Process

注释流程 Annotation Process

测序策略 Sequencing Strategy

测序类型	平台	测序深度/数量量	备注
调研图测序	Illumina/BGI	50X
三代测序	Pacbio Revio	30X/单倍型	每个单倍型测序30X以上
超长测序	Nanopore	20X/单倍型	超长数据可以辅助组装相似性高的单倍型
Hic测序/Pore-C	Illumina/BGI/Nanopore	Hic：100-150X Pore-C：60X	由于同源多倍体相似性非常高，Pore-C数据可以有效区分来自不同染色体的contig，有利于组装出完整基因组
转录组辅助注释	Illumina/BGI	6gb/样品	不同组织尽量都取到，有利于基因组注释，如植物需把根、茎、叶、花、果实、种子等材料取全

分析内容 Analysis content

(1) 基因组调研图

(2) 下机数据过滤与统计

(3) 基于二三代数据的基因组组装

1）基于三代序列的基因组contig组装；

2）组装结果连续性统计（N50等）；

3）组装结果细胞器序列鉴定；

4）组装结果冗余去除（冗余度高的时候）

5）使用二代数据对contig进行校正（需要的时候）。

(4) 组装结果的评估

(5) 染色体构建（基于HiC数据）

(6) 组装出多倍体的多个单倍型基因组

(7) 基因组注释

1）非编码ncRNA注释；

2）重复序列注释（包括串联重复、各类散在重复等）；

3）编码基因预测；

4）编码基因注释结果评估：

(8) 比较基因组分析

基于基因组的见解揭示了在四倍体青胡桃中基因组加倍后偏向性等位基因丢失和基因数量增加的情况

文章题目：Genomic insights into biased allele loss and increased gene numbers after genome duplication in autotetraploid Cyclocarya paliurus

发表时间：2023年8月

发表期刊：BMC Biology

组学技术：多倍体基因组组装+群体重测序

研究结果：

多倍化（Polyploidization）或者全基因组复制（Whole-genome duplication, WGD）是植物进化的一个重要过程，能够增加生物体的复杂性和进化的可塑性。同源多倍体由于多倍化过程不受杂交的干扰，是探究多倍化进化效应的理想材料。青钱柳（Cyclocarya paliurus）隶属胡桃科（Juglandaceae）青钱柳属，是一个二倍体（2n=2x=32）和同源四倍体（2n=4x=64）共存的物种，该研究以青钱柳为研究材料，探究同源多倍体物种多倍化后基因组发生的结构和功能变化以及同源多倍体青钱柳的物种形成和适应性进化过程。

研究团队组装了一个拆分等位基因的染色体水平的同源四倍体基因组和一个嵌合的染色体水平的二倍体基因组（图1）。发现同源四倍体青钱柳除了经历与胡桃科其他物种共享的两次加倍事件（“Juglandoid WGD”和γ-WGT），还经历了第三次全基因加倍事件，加倍的时间约为120万年。四倍体青钱柳四套亚基因组之间以及同源四倍体和二倍体青钱柳的分化程度都较低。进一步发现同源四倍体基因组30.82%的基因发生了等位基因（allele）丢失，这些发生等位基因丢失的基因并不是随机分布，与结构变异、重复序列以及与其他基因的互作程度关。此外，还发现有些基因的等位基因在复制后数量大幅增加，富集发现这样的基因参与青钱柳的逆境应答过程。

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图1 同源四倍体和二倍体青钱柳基因组的概况

该研究基于同源四倍体青钱柳和二倍体青钱柳的群体基因组学数据，发现同源四倍体和二倍体形成谱系特异的两组，推断同源四倍体青钱柳可能是单次起源，且两者之间的基因流较少。同源四倍体青钱柳不断发生种群扩张并且与二倍体的分化时间约为57万年（图2）。但其基因组上30%的区域表现出二体遗传，说明其正处在从四体遗传向二体遗传转变的过程中。同时四倍体中与减数分裂相关的基因受到正选择，说明即使是保守的减数分裂过程，多倍化后也发生了进化。

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图2 同源四倍体和二倍体青钱柳的种群聚类和种群进化历史

参考文献：

[1] Yu R M , Zhang N , Zhang B W ,et al.Genomic insights into biased allele loss and increased gene numbers after genome duplication in autotetraploidCyclocarya paliurus[J].BMC Biology, 2023, 21(1).DOI:10.1186/s12915-023-01668-1.