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真菌 de novo 测序

产品介绍

       真菌的基因组通常较大且复杂,传统的技术无法满足真菌全基因研究的大数据量需求,目前采用二三代测序联合组装的策略可实现真菌精细图组装,某些项目可组装到接近完成图水平,为真菌的研究提供强有力的支撑,可用于预测真菌的重要基因和蛋白以了解其功能和可能机制;在研究植物致病性真菌方面,可以鉴定致病真菌与农作物互作及致病的相关基因,并可用于研究与其近缘物种的进化关系,比较基因组研究等;在食用真菌和药用真菌的研究方面,可以用于发现真菌复杂的代谢途径,鉴定其对人有益的代谢产物,及物种进化关系的研究,比较基因组等;另外还可用于生物防治真菌的研究,工业酵母菌的研究等。

产品优势

组装指标高:二三代联合组装,承诺指标业内最高(contig N50≥2M)

经验丰富:已完成数千个真菌de novo项目,发表真菌基因组文章50多篇。

优质服务:基于丰富的项目经验,针对客户需求提供最优的解决方案

研究方法

测序策略

小片段文库

10Kb/20Kb mate-pair文库

PacBio 20Kb文库

真菌denovo

初级组装

50X

高级组装

50X

50X(可选)

60X~90X

 信息分析内容

信息分析条款

信息分析内容

基因组组分分析

  • 基因成分
  • Ÿ重复序列
  • 非编码RNA预测

基因功能分析

  • Ÿ 通用功能注释(默认KEGG, SwissProt, GO, 可选NrCOG
  • Ÿ 病原真菌致病性研究
  1. 病原与宿主互作数据库(PHI)注释
  2. 碳水化合物相关酶(CAZy)数据库注释
  3. 细胞色素P450数据库注释
  4. 分泌蛋白预测
  5. 转录因子注释(个性化分析)
  6. 转运蛋白注释(个性化分析)
  7. 蛋白激酶预测(个性化分析)

比较基因组分析(需要参考序列)

  • Ÿ结构变异(共线性)
  • 共有基因和特有基因
  • 物种进化(基于共有基因和特有基因或基因家族构建系统进化树)
  • 基因家族

定制化分析

  • 可结合客户的需求,协商确定信息分析内容


案例一:大丽轮枝菌基因组研究

Comparative genomics reveals cotton-specific virulence factors in flexible genomic regions in Verticillium dahliae and evidence of horizontal gene transfer from Fusarium(New Phytologist, IF=7.21)

       大丽轮枝菌Verticillium dahliae是一种广泛危害农作物的半知菌亚门轮枝菌属真菌,寄主多达660种,已成为一个世界性难题。不同的大丽轮枝菌有不同的原始宿主,如V.dahliae Vd991以棉花为原始寄主,它的两个姐妹菌株V.dahliae JR2和V.dahliae VdLs.17原始寄主分别是番茄和莴苣。

       一般来说,大丽轮枝菌对原始寄主的适应性和毒力最高,对其他物种适应性和毒力相对较弱。不同菌株对宿主的适应性及毒力差异主要受染色体重组和种系特异性(lineage-specific, LS)基因区域影响。通过真菌denovo测序和比较基因组分析,发现V.dahliae Vd991的可变基因区存在棉花特异性的毒力因子,而一些棉花毒力相关基因很可能是从镰刀菌属(Fusarium)水平基因转移获得的。对目标菌株进行基因改造并进行毒力检测,结果发现,Vd991对棉花的毒力与其特有的7个G-LSR2基因密切相关。

主要方法

1. Vd991真菌denovo测序及相关分析

      测序策略:三代测序(PacBio RSII)+ Miseq PE250+10Kb mate-paired文库测序

      基因组分分析:基因预测、重复序列、非编码RNA

      基因功能注释:nr, eggNOGs,INTERPROSCAN (incorporating InterPro, GO and KEGG pathway annotation)

      毒力因子预测:CAZy、PHI、蛋白激酶(PKs)分析

      比较基因组分析:基因重排分析及PCR验证、基因家族分析、进化分析

2. 三株V.dahliae真菌RNA-seq测序及相关分析

     建库:TruSeqTM RNA Sample Preparation Kit

     测序:Illumina Hiseq 2000

     分析:基因表达差异分析、KEGG pathway分析

3. 真菌基因敲除、遗传转化实验及菌株毒力实验

主要结果:

1. LS基因可能是大丽轮枝菌对寄主适应性和致病性差异产生的原因

      通过真菌denovo测序,得到高质量的V.dahliae Vd991基因组(genome size 34.8Mb, scaffold N50 951.7Kb),其中有33.9 Mb (> 97% genome size)区域与V.dahliae JR2和V.dahliae VdLs.17基因组具有高度共线性。然而,大量的LS基因的存在导致V.dahliae不同菌株基因组分差异很大。V.dahliae Vd991基因组中许多LS基因主要富集在几个狭窄的LSR(LS regions)。基因功能分析发现,LSRs很可能跟真菌的致病性相关,另外由于这些区域附近有转座子区域,导致该区域变异性较高,进化速度较快。

真菌denovo图1

图1. 三株大丽轮枝菌的共有和特有基因。

真菌denovo图2

图2. 三株大丽轮枝菌共线性分析。各菌株均有特异性的LSR区。

 

2. Vd991的某些特异性基因区可能是从棉花枯萎病菌Fusarium基因水平转移获得的

      比较基因组研究发现,Vd991基因组某些LS基因(64个)与其他真菌属的物种基因相似性更高;其中32个基因与Fusarium spp.基因组同源。进一步研究发现,有7个G-LSR2基因特异性存在于Vd991基因组(在JR2或VdLs.17中没有这些基因),与F. oxysporum f. sp.vasinfectum NRRL 25433高度相似。F. oxysporum f. sp.vasinfectum NRRL 25433是一种土壤真菌,寄生于植物维管系统,可以引起棉花镰刀枯萎病。推测Vd991可能是在与F. oxysporum f. sp.vasinfectum NRRL 25433共感染棉花维管系统的过程中,获取了对应的LS基因或G-LSR2区域。

真菌denovo图3

图3. Verticillium dahliae 的LS基因和镰刀菌属基因同源性分析。Vd991的7个G-LSR2基因与F. oxysporum f. sp.vasinfectum NRRL 25433高度同源。

 

3. 7个Vd991菌株特异性G-LSR2基因与V.dahliae在棉花中的毒力高度相关

       为了确认G-LSR2对Vd991在棉花中的毒力的影响;通过基因敲除,得到两株与F. oxysporum f. sp.vasinfectum NRRL 25433高度同源的7个LS基因缺失的Vd991突变株,并验证它们的毒力;结果发现,两个突变株对棉花的毒力显著下降;而对番茄和莴苣的毒力并未受到影响。另一方面,将 Vd991特有的7个LS基因分别转入JR2或VdLs.17基因组,发现其中三个基因可以增加真菌对棉花的毒力;而不影响其本身对番茄或莴苣的毒力。该生物实验进一步验证了G-LSR2在Vd991对棉花适应性的重要作用。

真菌denovo图4

图4. Vd991 G-LSR2区毒力因子鉴定。敲除G-LSR2区的7个LS基因,Vd991对棉花的毒力显著降低,对番茄和莴苣的毒力不受影响。

 真菌denovo图5

图5. 将 Vd991特有的7个LS基因分别转入JR2或VdLs.17基因组,VdLs.17 和 JR2对棉花的毒力和适应性均增加。




DNA样本要求

二代测序

样本类型

总量

浓度

完整性(胶图)

纯度

基因组DNA

≤800bp 文库

1μg

12.5ng/μl

主峰>20Kb

无蛋白,RNA/盐离子等污染,样本无色透明不粘稠

2-6Kb mate pair 文库

20μg

100ng/μl

10Kb mate pair 文库

30μg

70ng/μl

主峰>40Kb

≤800bp PCR free 文库

10μg

30ng/μl

主峰>20Kb

 质粒,PCR产物等

≤800bp 文库

1μg

12.5ng/μl

条带清晰无弥散

无蛋白,RNA/盐离子等污染,样本无色透明不粘稠

≤800bp PCR free 文库

3μg

30ng/μl

                 

三代测序

样本类型

总量

浓度

OD

完整性(胶图)

纯度

基因组DNA

微生物

20Kb library

≥8μg

≥60ng/μL

OD260/280 1.6-2.2;OD260/230 1.5-2.3

无降解或轻微降解(主峰在40K附近且弥散不低于20Kb

无蛋白,RNA/盐离子等污染,样本无色透明不粘稠


Q1. 真菌样品有什么要求?客户提取真菌样品之后,是否有必要做一下16S 检测?

答:建议送单倍体,我们建议送样之前做一下16S检测,或者TA 克隆,这样可以避免细菌污染。

Q2. 对于一些寄生、不能单独培养的真菌,我们能做吗?

答:如果寄主的物种序列已知,我们可以将属于寄主的序列过滤掉,再进行组装,但是如果寄主的物种序列未知,这种就比较困难了。

Q3. 真菌的DNA样品准备有什么建议?

答:选取无性生殖阶段、营养体的菌丝,避免在生成高等复杂结构的时期提取样品。如果实验条件允许,最好挑取单个孢子培养萌发大量菌丝,然后利用这些由同一孢子萌发的菌丝进行样品制备。

Q4. 真菌初级组装,高级组装的区别是什么?

答:初级组装主要是对真菌的基因组大小、GC 含量高低、重复序列的多少、杂合度大小以及是否受到污染(受到污染的话,是何种污染)做一个评估和摸底;初级组装文库是一个小片段文库,数据量为 50×,交付的指标只有数据量上的承诺,没有组装结果的指标;

高级组装采用二三代联合组装的策略,除构建二代小片段文库和三代20K文库以外,还会根据不同的实际情况,构建meta-pair大片段文库,总共的数据量为120×-170×数据,且根据基因组大小和复杂程度承诺组装指标为: contigN50≥2M(GS≤40M 的简单真菌);scaffold N50≥500kb(GS≥40M,复杂真菌),组装指标的提高,可以为信息分析的准确性和完整性提供保障。


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