Стратегия сборки генома хлебной пшеницы

Исследователи из Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) разработали стратегию получения сборки последовательности для высокоповторяющегося генома хлебной пшеницы (Triticum aestivum). Подход сочетает методы высокопроизводительного секвенирования, мощные вычисления и генетическое картирование.

Проблема сложных геномов

Геном хлебной пшеницы представляет сложность для секвенирования из-за полиплоидности (наличия более двух наборов хромосом) и обилия повторов. Его размер — около 16 миллиардов пар оснований (Gbp), что в 5 раз больше человеческого генома, при этом более 80% последовательностей являются повторяющимися.

Примененная стратегия

В работе, опубликованной 31 января 2015 года в Genome Biology, международная команда использовала:

• Технологию секвенирования коротких прочтений.
• Ассемблер для больших геномов Meraculous.
• Вычислительные ресурсы суперкомпьютера Edison в Национальном центре суперкомпьютерных вычислений (NERSC).

В результате была собрана последовательность длиной более 9 Gbp из 16 Gbp генома пшеницы.

Сравнение с другими подходами

Исследователи сравнили свою сборку, полученную методом полногеномного шотгана (whole-genome shotgun), с хромосомной сборкой Международного консорциума по секвенированию генома пшеницы (IWGSC), опубликованной в Science.

• Общий объем собранной последовательности оказался сопоставимым (9.1 Gbp vs. 10.1 Gbp).
• Ключевое преимущество: новый подход позволил привязать к хромосомным локациям более 7.1 Gbp генома, тогда как в предыдущей референсной последовательности было закреплено только 4 Gbp.

В отдельной статье в Genome Biology было отмечено, что комбинация полногеномного шотгана и картирования с помощью skim-секвенирования дала лучшую сборку, чем подход на основе отдельных хромосомных плеч.

Значение и перспективы

1. Разработанная стратегия применима не только к полиплоидным видам (как пшеница), но и к любым другим, для которых можно создать картирующую популяцию.
2. Подход ускорит и усовершенствует секвенирование крупных и сложных геномов, что особенно важно для растений — потенциального сырья для биотоплива, интересного для DOE.
3. Аналогичная, но более фрагментированная сборка генома ячменя (проект DOE JGI) уже доказала свою пользу, позволив разработать стратегии генетического картирования и эффективного повторного секвенирования.