牦牛基因组组装与注释的改进

发布时间：2020-08-07 07:09

【摘要】：牦牛以其适应高海拔地区环境而著称,千百年来,作为青藏高原地区的特有家畜经过长期的自然选择作用,牦牛已经完全适应了高海拔环境的低氧、高紫外线辐射等极端条件,在高原适应方面具有很高的研究价值,此外,牦牛在藏民族的日常生活在扮演着极为关键的作用,对于青藏高原的游牧民来说,不仅贡献了生存所依赖的衣服、食物、燃料、交通工具等,也是传承和发展藏文化和宗教重要载体。由于长期的人工选择育种,家牦牛的经济性状已严重退化,影响了藏区牧民的生产生活和农牧产业的稳定和发展,因此对于牦牛遗传资源保护和品种改良也具有重要的现实意义,而获得高质量的牦牛基因组图谱是实现这一目标的关键。之前的研究中,我们课题组采用二代短读长测序技术构建了牦牛的基因组图谱,通过低海拔黄牛的比较基因组学研究,阐释了其适应高原极端环境的分子机制。该组装版本的基因组大小大约为2.6Gb,接近黄牛基因组的大小,Scaffold N50为1.47Mb,Contig N50为20.4Kb。但是受限于二代测序reads短读长的特点,进一步提升牦牛基因组的组装长度和完整性、降低错误率、提高基因注释的质量,对于后续研究十分必要。在本次研究者,重新加测了短片段文库,新测序产出151.35Gb数据,结合之前发表的212.77Gb的数据,对牦牛基因组进行了重新组装,产生新的组装版本yak v2.0。yak v2.0相比于yak v1.1,Scaffold N50从原来的1.5Mb提升到现在的4.9Mb,Contig N50从原来的20Kb提升到现在的40Kb,基因组组装质量标准的长度大幅度提升。我们进一步对家牦牛的心脏组织、肝脏组织、脾脏组织、肺脏组织、肾脏组织、皮肤组织和睾丸进行取样,采用PacBio公司的第三代单分子测序技术进行全长转录组测序,并将得到的全长转录组数据用于基因注释分析,用以提升基因注释的质量。重新注释的牦牛基因集包含21398个蛋白编码的基因,超过99%的基因都能比对到NCBI的蛋白质(Uniprot)数据库上,说明新注释结果质量的可靠性。经过本研究重新组装和注释产生的家牦牛基因组yak v2.0,相比于之前公布的yak v1.1版本,质量得到较大提升,比如特别是在scaffold数量在原来的基础上减少了一半,注释到的平均基因长度比原来增加来50%,更接近黄牛的基因的指标。yak v2.0的公布能够为进一步注释牛科物种的基因功能、揭示其进化地位以及比较基因组学的研究提供坚实的基础,还能对牛科物种的育种研究起到积极的促进作用。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S823.85
【图文】：

兰州大学硕士研究生学位论文 牦牛基因组组装与注释的改进但包含在在细胞核中的染色体之中，像叶绿体和线粒体这两种细胞器都含有它们自身的 DNA，所以，线粒体时常被认为拥有自己的基因组，我们称之为“线粒体基因组”，而在叶绿体内被发现的 DNA 可以被称作“原质体系”，像它们的起源细菌一样，叶绿体和线粒体也含有环状的染色体。和原核生物基因组不同的是：真核生物的编码蛋白的基因有着内含子-外显子方式的组织结构并且包含大量的重复的 DNA 片段，在动物和植物基因组中，大部分的基因组成分是由重复的 DNA 组成[9]。基因组的构成分为编码序列和非编码序列，而非编码序列大多数是重复序列，主要包括串联重复、转座子、逆转座子等，图 1.1 是人类基因组的构成，我们以人类基因组中的各个元件来阐释基因组中的重要概念：

5图 1.2 基因组大小和基因数量的关系Fig 1.2 The total number of annotated proteins in genomes related to genome size数分裂过程中，二倍体细胞分裂两次产生单倍体的配子细胞，在此期间，同源染色体中的遗传物质重新分配发生重组，从而会使每个配偶子有着独特的基因组，在自然界中，虽然基因组大多保持稳定状态，但是生物过程并非是 100%的精确，突变时常会伴随其中，在大量生物过程中，即使是微乎其微的突变，由于积累也会逐渐导致生物体的质变，所以基因组的改变是生物特征改变的基础，而在生物中，基因组的改变一直在发生着。基因组进化：基因组远非是大量生物体基因的机械组合，她有着自己的特征，在没有任何其他基因的细节和其产物的情况下也可以被测量和研究，研究者研究比较的对象，比如说核型（染色体的数目）、基因组大小、基因顺序、密码子偏

兰州大学硕士研究生学位论文 牦牛基因组组装与注释的改进Jonathan Rothburg 创立的生物科技公司 454 Life Sciences，该公司已发展成为第一个成功的商业化“下一代测序”（NGS）技术公司。

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