解密西部圍欄蜥蜴：史上最大爬行動(dòng)物基因圖譜問(wèn)世！

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編從所在的地球生物基因組計(jì)劃（EBP）網(wǎng)絡(luò)獲悉，一項(xiàng)由Anusha P Bishop等科學(xué)家合作完成的研究在去年年底的《Journal of Heredity》上發(fā)表，題為《迄今為止最大的有鱗爬行動(dòng)物基因組組裝：西部圍欄蜥》。該研究報(bào)告了西部圍欄蜥（Sceloporus occidentalis）的最新基因組組裝，這一成果是“加利福尼亞保育基因組計(jì)劃”（California Conservation Genomics Project，CCGP）的一部分?？茖W(xué)家們運(yùn)用太平洋生物科學(xué)公司的HiFi長(zhǎng)讀取和Hi-C染色質(zhì)接近測(cè)序技術(shù)，成功拼裝了包含608個(gè)支架的基因組，總長(zhǎng)度達(dá)2,856 Mb，contig N50為18.9 Mb，支架N50為98.4 Mb，BUSCO完整性評(píng)分高達(dá)98.1%。為助力全球環(huán)境治理、并供我國(guó)學(xué)者了解最新研究動(dòng)態(tài)信息，編譯分享信息如下，供感興趣的讀者們參閱。

西部圍欄蜥的生態(tài)奧秘揭曉

西部圍欄蜥（Sceloporus occidentalis）是一種在美國(guó)西部廣泛分布的爬行動(dòng)物。它們的蹤跡廣布，從華盛頓州到墨西哥的加利福尼亞州北部，再到美國(guó)猶他州中部，都可以找到它們的身影。這些靈活的蜥蜴可在各種各樣的生境中生存，包括草地、灌木叢、草原、開(kāi)放的針葉林、城市庭院和農(nóng)田等等。從海平面到高達(dá)3,350米的海拔范圍內(nèi)，西部圍欄蜥都可見(jiàn)蹤跡。由于其廣泛的分布、本地種群的豐富以及易于觀察的特點(diǎn)，一直以來(lái)，西部圍欄蜥都是行為學(xué)、熱生理學(xué)和食物生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的理想研究對(duì)象，也是北美最受關(guān)注的蜥蜴之一。

利用西部圍欄蜥的照片（A）生成基因組參考圖，并根據(jù)《爬行動(dòng)物分布的全球評(píng)估》（Roll等，2017）的數(shù)據(jù)，制作了西部圍欄蜥的分布地圖（B）。圖中圓圈標(biāo)示了基因組標(biāo)本的采集位置。西部圍欄蜥棲息于多種生境中，從山地混合針葉林（C）到開(kāi)闊的林地和草地（D），再到沿海灌木叢（E）。請(qǐng)注意圖E前景中躺在原木上曬太陽(yáng)的西部圍欄蜥。圖片來(lái)源：Anusha P Bishop等人

盡管西部圍欄蜥能在各種地方生存，但因?yàn)樗鼈凅w型小、受溫度變化影響大，所以對(duì)環(huán)境變化格外敏感。研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化可能導(dǎo)致這種蜥蜴的數(shù)量大幅減少。此外，城市發(fā)展、土地利用變化和棲息地變得零散也經(jīng)常對(duì)西部圍欄蜥的數(shù)量產(chǎn)生影響。這項(xiàng)研究為我們更好地了解動(dòng)物如何應(yīng)對(duì)環(huán)境和氣候變化提供了重要的遺傳信息。

作為加利福尼亞保育基因組計(jì)劃的一部分，這項(xiàng)研究呈現(xiàn)了西部圍欄蜥首次的基因組組裝。這一新的基因圖譜將有助于深入了解西部圍欄蜥在生態(tài)和進(jìn)化動(dòng)態(tài)中的作用，以及加利福尼亞特有島嶼圍欄蜥（S. becki）的物種地位和這種蜥蜴的輻射演化。

研究方法和結(jié)論

該研究使用了先進(jìn)的基因組學(xué)技術(shù)，以及來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校動(dòng)物保健和使用委員會(huì)批準(zhǔn)的科研方案，從加利福尼亞州優(yōu)勝美地國(guó)家公園的一個(gè)成年雄性蜥蜴樣本中提取了高質(zhì)量的基因組DNA。

在DNA提取后，科學(xué)家們利用太平洋生物科學(xué)公司的HiFi長(zhǎng)讀取技術(shù)和Hi-C染色質(zhì)接近測(cè)序技術(shù)，成功構(gòu)建了包含608個(gè)支架的基因組。這一基因圖譜總長(zhǎng)度達(dá)2,856 Mb，具有卓越的連續(xù)性和完整性。HiFi SMRTbell文庫(kù)的構(gòu)建以及Illumina NovaSeq平臺(tái)上的Omni-C文庫(kù)的測(cè)序，為研究提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)基因組大小估算、質(zhì)量評(píng)估和BUSCO（Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs）分析等手段，對(duì)基因組進(jìn)行了全面的評(píng)價(jià)。

Omni-C和PacBio HiFi測(cè)序庫(kù)產(chǎn)生了分別包含290 million read pairs和5.3 million reads的海量數(shù)據(jù)，其中PacBio HiFi測(cè)序更是以卓越的質(zhì)量為基因組提供了29.94倍的覆蓋。通過(guò)GenomeScope2.0對(duì)基因組大小的估算，研究人員得知PacBio HiFi讀取的測(cè)序錯(cuò)誤率為0.168%，核苷酸雜合率為0.521%。這為后續(xù)基因組裝提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

最終的基因組裝（rSceOcc1）呈現(xiàn)出兩個(gè)偽單倍體，分別是主要和備用基因組。主要基因組的大小與GenomeScope2.0的估算值相當(dāng)，為2.8 Gb，包含了608個(gè)支架，contig N50為18.9 Mb，scaffold N50為98.4 Mb。備用基因組稍大，約為3.2 Gb。兩者的詳細(xì)組裝統(tǒng)計(jì)可在Table 2中查閱。主要基因組的BUSCO完整性評(píng)分為98.1%，備用基因組為98.3%。通過(guò)對(duì)備用基因組進(jìn)行SALSA的檢測(cè)和修正，研究團(tuán)隊(duì)成功關(guān)閉了9個(gè)缺口，同時(shí)識(shí)別并清除了2處錯(cuò)裝。此外，還發(fā)現(xiàn)了34個(gè)與線粒體污染相關(guān)的contigs，得以成功移除。

該研究團(tuán)隊(duì)并未止步于基因組裝的工作，還通過(guò)MitoHiFi成功組裝了西部圍欄蜥的線粒體基因組，大小為14,426 bp。這一成果為更深入地了解西部圍欄蜥的遺傳特征提供了重要的參考，為生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)和保育生物學(xué)等多領(lǐng)域的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由于西部圍欄蜥在加利福尼亞的多個(gè)生物群落中都是重要“成員”，所以，這一研究成果也將為加州的棲息地保護(hù)、以及生物多樣性保護(hù)提供有力支持。這一突破性的科研成果為深入了解這一重要物種奠定了基礎(chǔ)，也為未來(lái)的生態(tài)學(xué)、保育生物學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究提供了豐富的資源。感興趣的“海洋與濕地”讀者可以參看這項(xiàng)研究的全文。

海洋與濕地·小百科

【加利福尼亞保育基因組計(jì)劃】

加利福尼亞保育基因組計(jì)劃（California Conservation Genomics Project，簡(jiǎn)稱為CCGP）一個(gè)融合保育科學(xué)和基因組學(xué)的前瞻性項(xiàng)目，旨在通過(guò)前沿技術(shù)和專業(yè)知識(shí)，為加利福尼亞州的生物多樣性保護(hù)提供強(qiáng)有力的支持。作為由來(lái)自加利福尼亞州各地的100多位保育科學(xué)家組成的聯(lián)盟，這個(gè)由美國(guó)加州政府資助的倡議有著明確的目標(biāo)：創(chuàng)建有史以來(lái)最全面、多物種的基因組數(shù)據(jù)集，以助力管理地區(qū)生物多樣性。CCGP集結(jié)了許多加利福尼亞州領(lǐng)先的專家，他們?cè)诨蚪M學(xué)和保育科學(xué)的交叉領(lǐng)域工作，旨在為決策者提供尖端的基因組資源和分析工具。這些資源將在物種急速下降的情況下，為保護(hù)決策提供支持。

這個(gè)計(jì)劃的核心理念是利用最先進(jìn)的基因組學(xué)技術(shù)，通過(guò)多層面的數(shù)據(jù)集，深度了解加利福尼亞地區(qū)生物的基因組特征。CCGP致力于構(gòu)建一個(gè)包含多種物種的綜合基因組數(shù)據(jù)，這將為科學(xué)家們提供全面的遺傳信息，有助于更好地了解物種的適應(yīng)性、遺傳多樣性和進(jìn)化歷程。

【基因組組裝】

基因組組裝（Genome assembly）是一種生物信息學(xué)技術(shù)，旨在通過(guò)將DNA測(cè)序產(chǎn)生的短片段按照其在基因組中的正確順序組裝，還原出生物體的完整基因組結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)工作通過(guò)計(jì)算機(jī)算法和生物信息學(xué)工具，利用測(cè)序片段之間的相互重疊等特征，將碎片有序地組合成更長(zhǎng)、更完整的序列，對(duì)基因組學(xué)、生物多樣性保護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

【HiFi技術(shù)】

HiFi是指高保真（High Fidelity）測(cè)序技術(shù)，在基因組學(xué)、變異分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為深入探究生物基因組提供了卓越的工具支持。本研究中所用HiFi技術(shù)由Pacific Biosciences（PacBio）公司研發(fā)。作為第三代測(cè)序平臺(tái)的核心技術(shù)，HiFi利用Single Molecule, Real-Time Sequencing（SMRT Sequencing）監(jiān)測(cè)單個(gè)DNA分子的實(shí)時(shí)合成過(guò)程，以其高準(zhǔn)確性和長(zhǎng)讀長(zhǎng)的特性脫穎而出。這種測(cè)序技術(shù)的讀長(zhǎng)一般能達(dá)到好幾萬(wàn)個(gè)堿基，比起傳統(tǒng)方法有明顯的提升，尤其是在處理基因組里復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地方更是強(qiáng)大。它的錯(cuò)誤率很低，能夠增強(qiáng)測(cè)序結(jié)果的可信度，特別是在應(yīng)對(duì)那些重復(fù)序列等難搞的地方，表現(xiàn)得特別出色。

END

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新聞源 | 遺傳學(xué)期刊

編譯 |王芊佳

審核 | Maggie

排版 | Maggie

參考資料略