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安诺基因

公司建立了包含PromethION、PacBio Sequel、NovaSeq 6000、HiSeq X等

新一代测序仪的高通量测序平台,并与Illumina联合开发了

新一代桌面测序仪NextSeq 550AR,可以对DNA、RNA等不

同分子类型的样本进行测序分析,具备检测大批量样本的能力。

新闻中心
Nature Genetics项目文章|茶树单体型基因组组装揭示茶树的演化史

OPE客户端下载最新版本7月15日,由福建农林大OPE客户端下载最新版本、中国农业科OPE客户端下载最新版本院(深圳)农业基因组研究所等多家单位共同合作在国际顶级期刊Nature Genetics上发表“Haplotype-resolved genome assembly provides insights into evolutionary history of the tea plant Camellia sinensis”的文章,该研究利用自主开发的新算法破译了高杂合铁观音的基因组组装难题,并在此基础上阐释了等位特异性表达应对”遗传负荷”的机制及茶树群体进化和驯化OPE客户端下载最新版本,为茶树育种改良提供了新见解。安诺优达为本次研究提供二代和PacBio三代建库测序服务。


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文章名称:Haplotype-resolved genome assembly provides insights into evolutionary history of the tea plant Camellia sinensis

发表时间:OPE客户端下载最新版本7月15日

发表杂志:Nature Genetics

研究物种:茶树(Camellia sinensis

影响因子:38.330


研究背景




茶叶作为一种全球性的经济作物,有很强的保健作用。茶树是无性繁殖的,这种方式可以有效地维持因有性重组而分离或丢失的有价值的基因型。然而,这种繁殖方式也会积累大量有害突变,导致“穆勒棘轮”效应,致使作物遭受损失。
茶树是二倍体,含有15对同源染色体,嵌合式的基因组组装(筛选同源染色体中的一份拷贝作为代表组装到染色体水平)可能会错过重要选择性状的等位变异,而分型组装(不同亲本的两套同源染色体同时组装到染色体水平)能更完整地呈现二倍体基因组的全部遗传信息。本文通过对中国乌龙茶品种铁观音及几个主要的茶树品种和近缘物种进行测序及单体型组装,探索地理上不同的茶树群体之间的遗传多样性,为深入了解茶树的驯化史和进化史提供依据。


样本选择




山茶植株芽、根、茎、花、幼叶和成熟叶


测序策略




DNA:

PacBio Sequel II平台基因组测序 114X

Illumina NovaSeq 150 bp双端测序,DNA小片段文库

Illumina NovaSeq,Hi-C文库 99.4X

RNA:

PacBio Sequel II平台,Iso-Seq文库


研究思路





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研究结果




1. 基因组组装与注释

图片
铁观音的基因组大小约为3.15 Gb,杂合度为2.31%。利用PacBio长读长对原始数据进行组装得到初始contig,大小为5.41 Gb。将Khaper算法过滤产生的单倍体组装结果挂载到15个染色体(图1),得到单倍体参OPE客户端下载最新版本基因组(monoploid reference genome),大小为3.03 Gb。同时利用ALLHiC算法得到铁观音单体型基因组(haplotype-resolved genome),大小为5.98 Gb。共线性分析显示它们的基因顺序高度一致。


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图1 铁观音基因组组装和质量评估
(a)单倍体参OPE客户端下载最新版本基因组circos图,呈现15条染色体特征;(b)Hi-C热图呈现15条染色体组装质量;(c)LAI(LTR Assembly Index)评估铁观音基因组和已发表茶树基因组组装质量;(d)铁观音单倍体参OPE客户端下载最新版本基因组和单体型基因组的共线性比较


2. 等位基因特异性表达

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利用铁观音不同组织的全基因组测序,分离得到14,691个等位基因(图2),其中1,528个基因存在一致性的等位特异性表达(consistent allele-specific expression,  ASEGs),即一个等位基因在所有组织和样本中的表达都高于另一等位基因。基因富集分析显示这些基因参与核糖体等多个生物OPE客户端下载最新版本基本过程,与克服有害突变的潜在机制相关。同时还发现了386个非一致的ASEGs,它们在不同组织的等位基因之间存在特异性表达。其中几个基因与挥发性有机化合物的生物合成有关,包括黄酮和黄酮醇等的生物合成途径,这与植物的适应性演化相关。结果表明,在铁观音基因组中,一致性的ASEG明显多于不一致的ASEG(1,528 vs 386),这一趋势与杂交水稻的结果正好相反,即在杂交水稻中,不一致的ASEG远远大于一致性的ASEG。这种现象或许可以用杂种优势理论中的显性效应解释,长期无性繁殖的茶树利用优势等位基因应答不断积累的遗传负荷,以保持个体的适应度。

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图2 茶树单倍型基因组等位不平衡
(a) 两个单倍型序列的比对(10 Mb非重叠的窗口);(b)等位基因CDS序列比较;(c)等位基因的选择压力分析;(d)等位基因的非同义替换位点数目分布;(e)等位特异性表达基因(ASEGs)在茶树叶片中的表达情况;(f)举例说明一致性的ASEGs(CsSRC2);(g)举例说明非一致的ASEGs(CsGGPS1


3. 茶树遗传变异和群体结构分析

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通过对161份茶树种质资源重测序数据分析,发现样本主要分为三类(图3),分别为大理茶,大叶茶和小叶茶,与茶树的形态OPE客户端下载最新版本分类一致。另外大叶茶可以分类OPE客户端下载最新版本大叶茶和栽培大叶茶;而小叶茶依据地理分布可分为四个亚组,分别为SSJ(陕西,四川,江西,ZJNFJ(浙江和福建北部,SFJ(福建南部,HHA(湖北,湖南和安徽。TreeMix分析发现这些茶树之间存在显著的基因流动,表明种内基因交流频繁,其中一些与有记录的茶树杂交育种OPE客户端下载最新版本相吻合。

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图3 茶树群体系统进化与群体结构分析
(a)重测序样本的地理分布;(b)群体系统发育树;(c)PCA主成分分析;(d)群体遗传结构分析(k=7)


4. 大叶茶和小叶茶的进化史和驯化史

图片
对14种山茶属植物的21株单株进行了全基因组测序,通过群体遗传分析发现大叶茶和小叶茶具有不同的进化史。在Gelasian epoch时期(259-181万年前),剧烈的气候变化很可能导致了整个茶树物种(包括大叶茶和小叶茶)的群体收缩;两个变种分化后,仅小叶茶在Last Glacial Maximum时期(2.65-1.9万年前)可能由于温度骤降出现了再一次的群体收缩,但随后适应了环境的小叶茶迅速扩张,群体规模得到恢复。该分析表明,大叶茶和小叶茶分化后的进化史不同(图4)。
通过对大叶茶和小叶茶驯化基因的分析,发现它们的驯化过程是并行的(即独立驯化),这些驯化基因参与了一系列重要的生物OPE客户端下载最新版本过程且受人工选育的偏好性影响。基于KEGG分析,在大叶茶驯化早期以参与氧化石墨烯苷转运、糖苷转运通路为主,后期品种改良主要集中在合成生物碱和芳香化合物等。例如,研究人员鉴定到CsXDH基因在大叶茶品种改良阶段受到强烈的人工选择,该基因编码黄嘌呤脱氢酶,是咖啡因合成通路的重要基因。而小叶茶品种的早期驯化与植物抵御相关,改良过程主要集中在花发育的调控和对一氧化氮的响应,已有研究表明,NO的积累可以加速γ-氨基丁酸的消耗从而帮助植物抵御冷胁迫,这表明筛选耐寒的品种也是人工选育的重要目标。

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图4 大叶茶和小叶茶的平行驯化
(a)平行驯化模式图;(b)全基因组的选择性清除信号;(c-f)重要基因的人工选择信号(XDH,CM,F3’H,BAS1,DWF4);(g)人工选择基因的表达情况


小结




本研究成功组装了两套铁观音基因组(单倍体参OPE客户端下载最新版本基因组和单体型基因组)。通过对等位基因特异性表达的分析,预测显性效应可能是铁观音应对遗传负荷的重要机制。通过对茶树种群水平的遗传分析,揭示了该物种的进化和人工驯化OPE客户端下载最新版本。该成果为利用组OPE客户端下载最新版本分析和分子生物OPE客户端下载最新版本技术挖掘功能基因、解析其背后的遗传调控机制,开展基于大数据驱动的基因组智能设计育种奠定了坚实的理论基础,同时也为缩短育种周期、提高育种效率、降低育种成本提供了科OPE客户端下载最新版本依据。

安诺优势



作为国内基因组行业知名企业,安诺基因拥有实力强大的测序服务平台,配备系列先进仪器设备,三代PacBio(1台Sequel IIe+7台Sequel II+10台Sequel)为您的科研之路保驾护航;专业的生物信息分析团队,丰富的项目分析经验,让您的数据分析之途无忧。安诺基因已与中国农业大OPE客户端下载最新版本、中科院遗传与发育所、中国海洋大OPE客户端下载最新版本、中国农业科OPE客户端下载最新版本院、福建农林大OPE客户端下载最新版本等多家科研院所开展了深度合作,助力基因组文章发表于NatureNature PlantsNature CommunicationsMolecular PlantCommunications BiologyThe Plant Journal等多个国际高水平期刊。


参OPE客户端下载最新版本文献:

Zhang X, Chen S, Shi L, et al. Haplotype-resolved genome assembly provides insights into evolutionary history of the tea plant Camellia sinensis [published online ahead of print, 2021 Jul 15]. Nat Genet. 2021;10.1038/s41588-021-00895-y. 

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Genome Biology项目文章 | 安诺助力首个鱼类Y染色体完整图谱构建完成

OPE客户端下载最新版本7月12日,福建省淡水水产研究所薛凌展团队联合福建师范大OPE客户端下载最新版本、华中农业大OPE客户端下载最新版本和维也纳大OPE客户端下载最新版本等单位,在Genome Biology在线发表题为Telomere-to-telomere assembly of a fish Y chromosome reveals the origin of a young sex chromosome pair的OPE客户端下载最新版本,从染色体层面解析了大刺鳅基因组,对性染色体的起源及重组抑制进行了相关研究,构建了鱼类Y染色体完整图谱,提出动物性染色体近着丝粒起源的假说。安诺优达在本研究中提供了三代测序、Hi-C辅助组装以及RNA-Seq等多组OPE客户端下载最新版本测序技术和服务。



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文章名称:Telomere-to-telomere assembly of a fish Y chromosome reveals the origin of a young sex chromosome pair(鱼Y染色体的端粒对端粒组装揭示了年轻的性染色体对的起源

发表时间:OPE客户端下载最新版本7月12日

发表杂志:Genome Biology(13.583)


样本选择

大刺鳅Mastacembelus armatus的肌肉组织、眼睛、大脑、皮肤和睾丸等不同组织样本

测序策略

DNA:

PacBio Sequel II平台基因组测序,构建20 kb文库

Illumina HiSeq X Ten测序,构建Hi-C文库

Illumina NovaSeq 6000测序,构建DNA小片段文库

RNA:

Illumina HiSeq X Ten测序,构建RNA文库





研究背景

性染色体起源需要在原性染色体之间建立重组抑制。在许多鱼类物种中,性染色体对是最近起源的同态染色体。要弄清重组抑制是如何在性染色体早期分化阶段发生的,就需要合适的研究物种及其高完整度的基因组。

大刺鳅隶属于合鳃目,具有性逆转的现象。其Y染色体具有更早期的起源,这为研究Y染色体退化的早期阶段提供了标本。然而Y染色体连接区域具有大量重复序列和异染色质化,很难通过二代测序的短读长进行组装拼接。通过三代测序CCS模式(环状重复测序)产生的HiFi reads准确率超过99.5%,读长达20 kb,且无需家系信息,可进行高准确度和完整度的基因组组装。研究团队选择大刺鳅作为研究样本,利用三代和Hi-C测序技术进行二倍体基因组组装,期望通过年轻的性染色体对的单倍型基因组组装解析性染色体分化的早期问题。


研究思路


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研究结果


01

单倍型解析的染色体水平组装




研究团队提取了雄性大刺鳅的肌肉组织DNA进行PacBio三代测序,产生30 G的HiFi数据,结合Hi-C数据进行基因组辅助组装,获得了高质量染色体水平的基因组。k-mer分析表明,HiFi读取错误率仅为0.086%,基因组大小为600.1 Mb,contig N50为9.9 Mb。组装获得大刺鳅的基因组序列可独立产生两个染色体水平的单倍体基因组hap-X和hap-Y(图1)。通过7个鲈形总目(Percomorpha)物种和一个外群物种Acanthochaenus luetkenii(一种基生棘鳍目鱼类)的全基因组比对数据,确认了大刺鳅与亚洲沼泽鳗有密切的亲缘关系,并估计它们在大约3,600万年前彼此分化。

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图1 单倍型基因组组装


02

着丝粒卫星的基因组和细胞遗传OPE客户端下载最新版本鉴定




大刺鳅高质量的基因组组装有助于解析染色体复杂区域。为了鉴定着丝粒卫星DNA,团队根据基因组注释获取了两个拷贝数较大的卫星序列,单体长度分别为524 bp(命名为CEN-524)和190 bp(命名为Tel-190)。CEN-524通常出现在每条染色体上的一个位点上。在端着丝粒染色体中,它出现在染色体的一端,在中部和亚中部着丝粒染色体中,它出现在中间。因此Cen-524被验证为候选着丝粒卫星。Tel-190只出现在染色体的末端,Tel-190被认为与端粒有关。为了进一步验证候选着丝粒卫星,利用荧光原位杂交对Cen-524和Tel-190探针进行杂交,发现它们在染色体上的位置与基因组组装序列位置基本一致(图2)。

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图2 着丝粒卫星的基因组和细胞遗传OPE客户端下载最新版本鉴定


03

年轻的性染色体分析




研究团队使用雄性特异性标记来区分X和Y染色体,为了进一步划分完全性连锁区(sex-linked region,SLR),选用10个雄性和10个雌性个体进行重测序,并筛选与性别相关的变异分析发现了年轻的性染色体。Y染色体上~7Mb序列被发现与性别有关,与假常染色体区(pseudoautosomal region,PAR)或常染色体相比,显示出高密度的雄性特异性突变,雄性和雌性之间的分化增加。由此推测SLR跨越着丝粒,染色体的两端是PAR。这表明物理上靠近着丝粒的位置可能是SLR缺乏重组的原因。

根据雄性特异性变异的密度和内含子序列的X-Y差异,将SLR分为R1和R2两个区域。在这两个区域中,X-Y序列差异接近1%,表明两者起源很近。由于短臂异染色质位于着丝粒附近,推测短臂异染色质可能起源于着丝粒周围异染色质(pericentromeric heterochromatin,PCH)。通过转录组分析,检测雄性、雌性和间性个体(发生性逆转个体)性腺中SLR基因的表达谱,获得两个特异性表达的基因SYCE3和HMGN6。SYCE3可能参与成熟睾丸的精子发生或其他生物OPE客户端下载最新版本过程,而HMGN6是指导睾丸发育的性别决定候选基因。

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图3 性连锁区域的鉴定


04

着丝粒周围存在异染色质结构域




为了确定着丝粒周围区域的边界,研究团队检测了染色体重复丰度。着丝粒周围区域(~4 Mb)具有较高的重复序列、较低的基因密度、较低的重组率和更频繁的H3k9me3修饰,与PCH一致。大多数PCH长约4.2 Mb,其大小仅与染色体大小呈弱相关且不显著。较小的染色体,特别是端着丝粒和近中着丝粒染色体,具有较大比例的PCH,包括XY染色体。在着丝粒周围区域,较大物理距离上的染色质相互作用更为频繁,与其较高的折叠和压缩程度特征一致。着丝粒周围区域比其他区域有更大比例的高表达水平和宽度的基因,与前人研究观点一致,即H3K9me3在基因抑制中的作用有限,可能存在其他表观遗传修饰调节PCH中的基因表达(图4)。


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图4 着丝粒周围异染色质对基因组区室化的影响


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文章小结

本文利用PacBio三代HiFi测序数据和Hi-C测序数据组装出了大刺鳅高质量的染色体水平的基因组,从染色体层面解析了大刺鳅基因组。结合转录组数据分析,获得SLR中两个特异性表达的基因SYCE3和HMGN6,其中HMGN6是指导睾丸发育的性别决定候选基因。本文对性染色体的起源及重组抑制进行了相关研究,构建了鱼类Y染色体完整图谱,提出了动物性染色体近着丝粒起源的假说,为性染色体起源的研究提供了新线索。


作为国内基因组行业知名企业,安诺基因拥有实力强大的测序服务平台,配备系列先进仪器设备,三代PacBio(1台Sequel IIe+7台Sequel II+10台Sequel)为您的科研之路保驾护航;专业的生物信息分析团队,丰富的项目分析经验,让您的数据分析之途无忧。安诺基因已与中国农业大OPE客户端下载最新版本、中科院遗传与发育所、中国海洋大OPE客户端下载最新版本、中国农业科OPE客户端下载最新版本院、福建农林大OPE客户端下载最新版本等多家科研院所开展了深度合作,助力基因组文章发表于Nature、Nature Plants、Nature Communications、Molecular Plant、Communications Biology、The Plant Journal等多个国际高水平期刊。


参OPE客户端下载最新版本文献

Lingzhan Xue, Yu Gao, Meiying Wu, et al. Telomere-to-telomere assembly of a fish Y chromosome reveals the origin of a young sex chromosome pair[J]. Genome Biology. 2021, 22(1): 203.


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报名截止时间:OPE客户端下载最新版本9月6日18:00(注:报名达到40人即停止报名)。



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安诺优达基于DNBSEQ-T7平台的单细胞和Hi-C文库测序新品上线

OPE客户端下载最新版本6月3日,由安诺优达基因科技(北京)有限公司(以下简称“安诺优达”)和深圳华大智造科技股份有限公司(以下简称“华大智造”)联合主办的“安诺优达基因测序应用创新大会暨DNBSEQ-T7平台单细胞和Hi-C文库测序新品发布会”在北京盛大举行。活动中,安诺优达分享了基于DNBSEQ-T7平台研发转产的单细胞及Hi-C成果,华大智造展示了基于DNBSEQ-T7平台的新技术应用方案和实测数据。现场,数十位来自基因测序领域头部企业、国内知名高校以及顶尖医院的专家、OPE客户端下载最新版本者齐聚一堂,共话基因测序领域新技术与新突破。



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会议现场

活动中,安诺优达生产交付中心总经理唐四东先生与华大智造中国销售副总经理赵明先生共同为单细胞和Hi-C领域首个高通量测序技术创新应用示范中心揭牌,标志着双方在基因测序领域合作的进一步深化,助力中国基因测序行业实现新突破。


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揭牌仪式

在会议报告环节中,安诺优达市场运营总监裴素蕊博士重点展示了安诺优达基于DNBSEQ-T7平台率先开发的多种单细胞文库和Hi-C文库测序。单细胞文库测试数据显示,相同数据量条件下, 同一物种不同样本的DNBSEQ-T7平台单细胞测序reads mapping ratio均>95%,平台间共有barcode达到95%。同时,平台间基因表达结果一致性为99.2%,t-SNE、UMAP分析结果高度一致。单细胞文库在DNBSEQ-T7平台的应用实现了测序数据有效性的提升,并保持了数据和分析结果的一致性。Hi-C文库测试数据显示,平台间样本数据一致性达到97.8%;Valid rate达到90%,提高了数据有效性,显著降低了测序成本。数据结果表明,基于 DNBSEQ-T7平台,安诺优达可为用户提供单细胞文库和Hi-C文库的新技术方案。

除上述内容外,裴素蕊博士还展示了安诺优达基于DNBSEQ-T7平台开发的DNA小片段、转录组、lncRNA、外显子等文库的应用,以及DNA小片段文库和转录组文库测试数据。数据显示, DNBSEQ-T7平台DNA小片段重测序在平台间、建库方法间和批次间的结果差异小于0.18%;GC区域趋势一致。转录组测序数据显示,DNBSEQ-T7平台测序样本相关性大于97%,共有基因比例均超过97%,Up/Down差异一致性分析结果高度一致。


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安诺优达市场运营总监 裴素蕊博士

基因技术被誉为下一个改变世界的技术,而技术的进步离不开业内人士的共同努力。此次会议展示了正在崛起的中国基因测序力量,也让人们对基因行业新技术有了更多的了解。作为基因测序企业,安诺优达将带来更多创新应用,为基因测序行业发展赋能。

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