LSEB动态 | 深度基因组测序——一种获取基因组水平大量单拷贝核基因的新方法

基于基因组水平大量单拷贝核基因的系统发育重建解决了传统方法难以解决的系统学问题，而且借助溯祖理论的物种树方法能使系统发育估算更为准确。在众多获取核基因的技术中（比如，转录组测序、重测序以及RADSeq等），目标富集测序（hyb-seq）凭借其在标本DNA上的良好表现越来越广泛地被应用在非模式植物上。但是由于目标富集测序高昂的探针合成费用，加之其超级复杂的实验流程，极大阻碍了该技术的广泛使用，特别是在发展中国家的推广。近年来，不断降低的测序价格使得基于全基因组DNA的浅层基因组测序（genome skimming）技术越来越受到系统学家的青睐，虽然其较低的测序深度（通常2-3×）在获取基因组的高拷贝区域上表现良好，比如母系遗传（少数为父系遗传）的叶绿体基因组和双亲遗传的核糖体DNA（nrDNA）等，但是在获取高质量的单拷贝核基因上却略显无力。

中国科学院植物研究所·系统与进化植物学国家重点实验室（LSEB）的刘彬彬博士一直致力于使用基因组水平数据解决传统方法难以解决的系统学问题。近期，刘彬彬与美国史密森研究院（Smithsonian Institution）的文军教授以及中国科学院华南植物园的任琛博士合作开发了一套获取基因组水平大量单拷贝核基因的新方法——深度基因组测序（deep genome skimming）。该研究对葡萄科20×重测序数据的二次取样，通过模拟的手段确定了获取高质量单拷贝核基因的最佳测序深度（10×）。该测序深度的数据能够以最经济的价格获取在数量和质量上均能满足系统发育要求的基因组水平的单拷贝核基因数据。该研究还提供了一套完整的深度基因组测序数据组装与分析流程，包括四套数据（叶绿体基因组、nrDNA、线粒体基因区以及基因组水平的单拷贝核基因）的组装、基于超级矩阵的串联建树和基于溯祖理论的物种树构建、以及系统发育冲突分析等。该方法巧妙融合了浅层基因组测序和目标富集测序的优势。由于不需要合成探针和复杂的实验操作，深度基因组测序技术以其完全优于目标富集测序的特性将极大地推动非模式植物的进化生物学研究。

图1  从深度基因组测序中设计与组装基因组水平单拷贝核基因的流程