中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日,中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院李孟華團隊在國際知名期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上在線發(fā)表題為《山羊T2T基因組組裝揭示與絨用性狀相關(guān)的變異》(Telomere-to-telomere genome assembly of a male goat reveals variants associated with cashmere traits)原創(chuàng)性研究成果。該研究從T2T基因組的組裝、著絲粒特征、Y染色體結(jié)構(gòu)、三代測序檢測結(jié)構(gòu)變異(SV)、二代重測序研究群體馴化及絨用性狀相關(guān)基因等方面,系統(tǒng)而全面地揭示了山羊T2T基因組在反芻動物基因組研究的重要價值及廣泛應(yīng)用前景。
本研究利用PacBio HiFi(141.03 Gb,49.3×)、Ultra-long ONT(328.44 Gb,114.8×)、Bionano(1188.9 Gb)和Hi-C(435.76 Gb,152.2×)測序技術(shù),組裝了山羊首個完整基因組(T2T-goat1.0),其大小為2.86 Gb,包括20.96Mb的Y染色體。T2T-goat1.0的QV值達到了54.18,且全基因組的覆蓋度均勻。
T2T-goat1.0與山羊參考基因組ARS1具有高度共線性,進一步驗證了T2T-goat1.0的高質(zhì)量和準確性。T2T-goat1.0成功填補了ARS1中的649個gap,并完整解析了著絲粒和端粒區(qū)域。T2T-goat1.0共鑒定到288.5Mb的之前NCBI參考基因組ARS1未解析區(qū)域(PURs),這些區(qū)域被認為是錯誤組裝的修正或新組裝,其中超過30 Mb位于X染色體上。這些 PURs 主要由著絲粒衛(wèi)星序列和片段重復(SDs)組成,占 PURs 總長度的 81.92%(236.33 Mb)。此外,T2T-goat1.0修正了ARS1中大量的組裝結(jié)構(gòu)錯誤,例如,18號染色體19 Mb–26 Mb區(qū)域的倒位,該倒位通過原始reads比對被確認是 ARS1的組裝錯誤。T2T-goat1.0 中鑒定到286.70 Mb 的非冗余片段重復,其中73.28%(210.12 Mb)位于著絲粒區(qū)域,而在ARS1中僅發(fā)現(xiàn)了55.25 Mb。
為了評估T2T-goat1.0作為參考基因組在reads比對和變異檢測的改進,研究收集了516個山羊樣本的全基因組重測序數(shù)據(jù)進行SNP調(diào)用。與之前的參考基因組ARS1相比,使用T2T-goat1.0作為參考基因組在reads比對、變異檢測方面的表現(xiàn)也有顯著改進,T2T-goat1.0作為參考基因組時,reads 比對率有所增加、比對錯誤率降低。通過質(zhì)控和過濾,在T2T-goat1.0上鑒定了25,397,794個SNP,其中545,026個位于PURs,而在 ARS1上獲得了24,238,138個SNP。
此外,在家養(yǎng)山羊馴化的選擇特征分析中,T2T-goat1.0的完整性為識別馴化過程中的選擇信號提供了顯著優(yōu)勢。基于 T2T-goat1.0 檢測的SNP 和SV,研究鑒定了位于PURs的與馴化相關(guān)的基因,如NKG2D和ABCC4。
對于羊絨性狀的基因組選擇特征分析,除了先前已報道的與羊絨相關(guān)的基因(如FGF5和EDA2R)外,在 PURs還發(fā)現(xiàn)了274個選擇信號,覆蓋了72個基因。在Chr12的PURs(CHI12: 14.88 Mb–16.58 Mb)中,鑒定到了ABCC4基因的選擇信號。共線性分析表明,ARS1中該區(qū)域的組裝不完整,而在T2T-goat1.0中,該區(qū)域包含了14個串聯(lián)重復的ABCC4基因。
總之,山羊T2T基因組全面解析了復雜的基因組區(qū)域,如著絲粒、端粒、重復序列和Y染色體,為研究基因組結(jié)構(gòu)與功能提供了更完整、更準確的信息。該基因組改進了短讀長和長讀長的比對能力,提高了變異檢測的準確度,并鑒定出多個此前未報道的受選擇信號,為深入理解山羊的遺傳多樣性、馴化過程及性狀選擇提供了可靠的依據(jù)。山羊完整基因組的破譯不但為山羊研究提供了重要的遺傳資源,還將促進其在生物技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
中國農(nóng)業(yè)大學為論文第一單位,動物科學技術(shù)學院博士生吳慧、羅凌云、張雅慧和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院張崇妍為共同第一作者,中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院李孟華教授、草業(yè)科學與技術(shù)學院賈善剛副教授和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院劉志紅教授為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家生物育種重大科技項目、國家自然科學基金、中國農(nóng)業(yè)科學院北方農(nóng)牧業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和第二次青藏高原科學考察研究項目的資助。