著絲粒組裝成功助力棉花高質(zhì)量基因組在NG發(fā)表

棉纖維是紡織工業(yè)最重要的原料。如今栽培的棉花中，最常見的是棉屬中的陸地棉TM-1（Gossypium hirsutum L.）和海島棉（G. barbadense）兩個(gè)種培育的品系。近日，Nature Genetics以Articles形式在線發(fā)表了浙江大學(xué)張?zhí)煺娼淌趫F(tuán)隊(duì)牽頭完成的一篇題為Gossypium barbadense and Gossypium hirsutum genomes provide insightsinto the origin and evolution of allotetraploid cotton的研究論文，報(bào)道了棉花兩個(gè)重要的栽培種陸地棉和海島棉的參考基因組，為棉花海陸差異形成的遺傳機(jī)制提供新證據(jù)。值得關(guān)注的是，該研究中的陸地棉TM-1基因組曾在四年前由同一完成人張?zhí)煺娼淌趫F(tuán)隊(duì)公布發(fā)表(NatureBiotechnology, 2015)，而此次同一材料為何能夠發(fā)表在Nature Genetics這一高水平期刊呢？這其中的一個(gè)重要意義就是基因組的組裝質(zhì)量得到極大提升，尤其是著絲粒區(qū)。

      本成果利用以色列NRGene公司的 DeNovoMAGIC組裝技術(shù)，結(jié)合Bionano光學(xué)圖譜、高密度遺傳圖譜、Hi-C輔助基因組組裝技術(shù)（圖1），對(duì)陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1的基因組重新進(jìn)行了組裝，并獲得了海島棉Hai7124高質(zhì)量的基因組序列。此次獲得的海島棉和陸地棉基因組，Scaffold N50最終分別達(dá)到了23.44 Mb和15.5 Mb，組裝指標(biāo)較之前發(fā)表版本提高了20~90倍，尤其在重復(fù)序列富集的著絲粒區(qū)域組裝完整性有了明顯改善（圖2）。

             圖1 基因組組裝策略

研究人員采用棉花著絲粒組蛋白CENH3特異抗體開展ChIP-seq，抓取基因組中的著絲粒序列。測(cè)序數(shù)據(jù)回帖到基因組后證實(shí)海島棉的26條全部26條染色體的著絲粒均被成功組裝出，而TM-1也有24條染色體的著絲粒成功組裝，相較2015年發(fā)表的版本有著極大提升（幾乎無(wú)完整著絲粒組裝成功）。而此時(shí)植物中僅有二穗短柄草基因組的全部著絲粒能夠組裝成功，從而說(shuō)明發(fā)布的四倍體棉花基因組組裝處于較高水平。另外，CENH3的ChIP-seq數(shù)據(jù)對(duì)于后續(xù)著絲粒的序列組成和結(jié)構(gòu)分析提供了寶貴的資源。