第三代测序于海洋生物基因组学研究应用

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1、第三代测序于海洋生物基因组学研究应用关键词：第三代测序，Pacbio测序，海洋生物测序，鱈鱼基因组测序，极地微生物测序，仿刺参测序自从末端终止法测序技术发明以來，DNA测序技术在短短三十余年内得到迅速发展,科学家们己经向着人类千元(1000美元)基因组吋代发起冲击。最初由于高昂测序成本的限制，全基因组测序涉及的领域受到限制，只有细菌等基因组很小的生物的全基因组被首先测定，线虫、果蝇、拟南芥等模式生物的基因组随后被测定，人类基因组计划的实施推动了基因组学在全世界的快速发展。这些测序工作都是采用Sanger法进行，项目实施耗时费力。随着新一

2、代测序技术(Next-generationsequencing,NGS)的出现,越来越多的物种启动了全基因组测序计划。基因组研究机构也呈现了多极化发展趋势，中国成为国际基因组研究的重要一员。新一代测序技术基于新的测序原理，1=1前，单分子测测序方法口渐占据主导位置。海洋牛物是生物学研究的重要领域，美国H1997年就开始计划投资开展罗非鱼、对虾和牡蛎等海洋生物基因组研究。多个海洋蓝藻棊因组计划也相继启动。随着海皿基因组项冃的完成，目询己有多个海洋生物基因组计划启动或部分完成，中国已经启动了扁藻、螺旋藻、牡蛎、对虾等基因组计划。一般而言，海

3、洋生物基因组人、杂合度高、拼接难度人是研究海洋生物基因组的最大困扰。由美国Pacbio公司开发研制的单分子实时测序该通过光学方法直接记录单个聚合酶在不受干扰的悄况下的连续合成，已经使许多极富挑战性的棊因组学研究成为町能。这种以Pacbio技术为代表的模拟天然DNA复制过程的新型测序方法被称为第三代测序技术。该技术不仅融合了天然DNA复制高效准确的特点，而且是可以在不影响聚合酶活性的前提下实时观测DNA合成，由于聚合酚的平均反应速度町达lbp/s以上，因为其测序速度比Sanger测序快了儿万倍。目前已有科学家将单分子实时测序技术用于海洋牛

4、物研究:例证：极地海洋微生物韩国极地研究所的ParkM-±一肓致力于极地微生物研究，为了揭示从南极乔治干-了岛分离得到的Streptomyces菌株的基因组信息(7.6Mb),Park博士的研究团队首先利用订luminaHiseq2000平台对其基因纟fl进行测序oStreptomyces的基因组中GC含量高达71%,即使利用Hiseq2000平台进行了200X深度的测序，仍无法获得完整的基因组，组装时产生了185个contigs,随后使用Sanger法仍然无法有效的填补gap。Park博士表示，用其他的短序列测序技术仍然“不可能”填补

5、这种高GC含虽的基因组gap,所以他们转而利用PacBioRS平台対该基因组进行验证。由于PacBioRS测序技术貝有单分了分辨率，不引入PCR过程，没有GC偏向性，研究人员利用该技术获得了高准确度的CCS数据和平均1.5kb的长片段进行基因组组装，仅仅对基因组覆盖15X就能组装得到26个contig(减少了86%),大大降低了基因组组装的难度,而且gap也大为减小,使得他们首次获得了该细菌的完整基因组信息。Park博士和他的团队认为PacBio的单分了实时测序技术“对高GC含量的棊因组冇着更好的测序能力，并且也是一项非常好的改善den

6、ovo测序和组装的新工具”Park博士受到该技术的鼓舞，决定继续利用PacBio技术破解其他极地微纶物基因组的组装难题，挑战此前“不可能完成的任务”。极地微生物是一个特殊的样体，它们生存在正常生物无法生存的环境中，对这些微生物进行研究能够揭示诸如全球气候变暖、牛•物进化等方血的问题。此外，这些极地微生物有着迥异于正常环境微生物群体的代谢类型，能够帮助人们寻找更加有效的抗生素，有助于发现新型的药物应用于医学领域。例证：北冰洋鱈鱼挪威Oslo大学生态和进化合成中心(CEES)的科研人员用PacBio技术完成了北冰洋耀血基因组的拼接工作。北冰

7、洋鱈他是挪威和其他北欧渔业国家非常重要的经济物种，挪威政府一肓以来不断支持鳗鱼基因组的测序工作，期望能从屮找到关键基因，以提高圖鱼养殖NorthSeacod,on©ofthemostandangeredspeciesofcod,liveintheDutchNorthsea・业的抗病和高产能力。鱈尙基因组(830Mb)测序项目启动于2008年，由CEES的科学家牵头，早期投入是在454平台上用shotgun和mate-pair测序以及基于BAC的Sanger测序法，但早期组装结果非常不理想，Contig十万个以上，Scaffold上千个，

8、平均每个Scaffold中35%都是Gap,这给Annotation带來了极人挑战，科研人员不得不从棘鱼等其他鱼类的基因信息小获取参考，來重建饋鱼基因组中丢失的部分，才算发表出了史上第一个北冰洋鳗鱼的基因组