天津启源生物科技发展有限公司

产品简介 Product Introduction

泛基因组（Pan-genome）是指某一物种所有个体基因组的总和，涵盖核心基因组和可变基因组两部分。目前泛基因组主要是以新一代测序数据（三代测序PacBio或Nanopore）为基础，运用相应的生物信息学技术进行组装和构建。从整体策略上，主要分为以下三种，第一种是对所有材料进行基因组从头组装，通过从头组装的基因组进行相互比较来构建泛基因组；第二种是以已有的参考基因组为基础，提取基因组非冗余序列并进行组装，通过“比对-组装”的迭代过程或者通过类似“宏基因组”的混池组装进行构建；第三种是基于变异图（variation graph）的组装方法，该方法为泛基因组提供了全新的概念和数据结构，相对于线性的基因组概念和变异展示形式，泛基因组图更适合于变异数据的组织和展示，以及下游的遗传变异分析，具有非常广阔的应用前景。

材料选择 Materials Selection

通常选取同一个种不同品种或者不同地理种群的代表种进行全基因组de novo，基于组装注释好的基因组再做泛基因组分析。

测序策略 Sequencing Strategy

单个材料测序要求跟动植物基因组de novo一样。

测序类型	平台	测序深度/数据量	备注
调研图测序	Illumina/BGI	50X
三代测序	Pacbio Revio	30X	复杂基因组深度建议做到40X以上
Hic测序	Illumina/BGI	150X
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、单个基因组组装注释分析

(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

(4) 组装结果的评估

(5) 染色体构建（基于HiC数据）

(6) 基因组注释

2、泛基因组分析

(1) Pan-genome构建

(2) Graph Genome构建

(3) Pan-genome饱和度分析

(4) 核心基因家族(Core-gene)、非必须基因基因家族(Dispensable-gene)及特有基因家族(Specific-gene)分布统计

(5) 基因家族饱和度分析

(6) 基因家族PAV分析

(7) SNP检测及注释

(8) INDEL检测及注释

(9) SV检测及统计

(10) PAV检测（插入和缺失）及统计

(11) 变异区域基因的GO和KEGG富集

泛基因组分析揭示跟黍稷驯化性状相关的基因组变异

文章题目：Pangenome analysis reveals genomic variations associated with domestication traits in broomcorn millet

发表时间：2023年12月

发表期刊：Nature Genetics

组学技术：泛基因组+群体重测序

研究结果：

基于黍稷品种资源的遗传结构特征，研究团队选取了32份具有代表性的微核心种质（24份栽培黍稷和8份野生黍稷），利用PacBio HiFi测序技术，从头组装注释了32个“参考标准”级别（LAI≈13.5）的高质量基因组。基于泛基因组从头比较共鉴定到50689个非冗余大片段（>50bp）结构变异，基因组重复序列注释表明其中约68.3%的结构变异由转座子导致，并由此挖掘到4458个受到转座子调控的功能基因；转座子在重复序列区频繁活跃，造成此类区域与抗逆性相关的基因受到调控，如longmi055791编码ENHANCED DISEASE RESISTANCE 2（EDR2）和longmi055792编码的R基因在黍稷栽培群体中由于单个转座子的插入导致这两个基因的转录同时被抑制。该研究首次构建了具有代表性的黍稷泛基因组，并绘制了迄今最为全面的黍稷高质量基因组变异图谱，极大的拓展了黍稷基因组育种研究中可用的遗传变异和基因资源。

图1. 基于黍稷泛基因组的结构变异特征与转座子调控EDR2的机制

黍稷作为人类最早栽培的粮食作物之一，其基因组中受到驯化选择的变异特征是解析其农艺性状形成的关键。本研究借助516份种质资源产生的单核苷酸突变与小片段插入缺失变异图谱，发掘出驯化和育种选择过程中524个基因组选择区段，其涵盖了基因组30.2Mb的区域和3910个蛋白质编码基因。这些基因包括了与产量相关的GL3.1，SG1和GS1，与开花时间相关的Ghd2，Ehd1和Hd5等。此外，研究团队还发现黍稷更稳定的亚基因组A具备更多的驯化信号，而不稳定的亚基因组B发生了更多的基因丢失事件。该研究首次以群体遗传学手段系统性挖掘了栽培黍稷基因组的驯化和育种选择信号，并初步解析了驯化和育种选择在基因组多倍化背景下的特征。

图2. 黍稷基因组驯化区域与结构变异调控

参考文献

[1] Jinfeng C , Yang L , Minxuan L ,et al.Pangenome analysis reveals genomic variations associated with domestication traits in broomcorn millet[J].Nature Genetics, 2023(12):55.