Hi-C輔助基因組組裝
產(chǎn)品介紹
Hi-C技術(shù)是將染色質(zhì)構(gòu)象捕獲與高通量測(cè)序結(jié)合的一種新技術(shù)。 該技術(shù)將線性距離遠(yuǎn)、 空間結(jié)構(gòu)近的DNA片段進(jìn)行交聯(lián)富集后Pair-end測(cè)序， 通過(guò)對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)分析即可揭示染色質(zhì)的各DNA各區(qū)段的交互作用，從而推導(dǎo)出基因組的三維空間結(jié)構(gòu)和基因之間可能的調(diào)控關(guān)系。
染色體分級(jí)示例圖 （Ezgi Süheyla et al., Nature Plants 2018）
不借助遺傳圖將基因組掛載到染色體水平。每一個(gè)基因組都需要一個(gè)Hi-C
HI-C特點(diǎn)
Hi-C技術(shù)原理
Hi-C建庫(kù)測(cè)序?qū)嶒?yàn)采用Hi-C的類(lèi)型是in situ Hi‐C，主要包括細(xì)胞交聯(lián)、內(nèi)切酶酶切、末端修復(fù)、環(huán)化、DNA純化及捕獲和二代上機(jī)測(cè)序等步驟。
Hi-C技術(shù)應(yīng)用方向
Hi-C輔助基因組組裝
Hi-C染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變異檢測(cè)
Hi-C染色質(zhì)互作研究
Hi-C輔助陸地棉與海島棉基因組染色體水平組裝
（Wang et al.,Nature Genetics 2018）
Hi-C輔助陸地棉染色體結(jié)構(gòu)變異檢測(cè)
（Yang Z?et al.,Nature Communications 2019）
Hi-C輔助TAD結(jié)構(gòu)研究
（Wang et al., Nature Commuications 2018）
Hi-C輔助基因組組裝優(yōu)勢(shì)
1、Hi-C無(wú)需群體，單一個(gè)體就能實(shí)現(xiàn)染色體定位
很多物種都無(wú)法構(gòu)建遺傳群體，包括大部分高等動(dòng)物、野生動(dòng)植物、林木、果樹(shù)等等。Hi-C是通過(guò)染色體上空間距離、線性距離的不同而導(dǎo)致的交互頻率的不同來(lái)完成染色體的定位，所以不需要構(gòu)建群體。
2、標(biāo)記密度更大，序列定位更完整
相比遺傳圖譜，染色質(zhì)之間的交互頻率具有更高的標(biāo)記密度，如此高密度的圖譜不僅可以掛載上長(zhǎng)的Scaffold，較短的Scaffold也可以被定位，所以通過(guò)Hi-C技術(shù)，一般可以將90%以上基因組序列定位到染色體。
3、可以對(duì)已組裝的基因組進(jìn)行糾錯(cuò)
通過(guò)Scaffold間的交互頻率大小，可以對(duì)已組裝的基因組序列進(jìn)行糾錯(cuò)。
分析內(nèi)容
百邁客HiC技術(shù)優(yōu)勢(shì)
服務(wù)流程
-
樣品寄送
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建庫(kù)測(cè)序
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數(shù)據(jù)分析
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出具報(bào)告
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售后答疑
送樣要求
| 環(huán)境樣品 | 送樣要求（濃度≥20ng/ul，總量≥3ug?） | 保存及運(yùn)輸 |
| 單細(xì)胞真菌 | 顯微鏡下觀察酵母菌生長(zhǎng)狀態(tài)，盡量收集生長(zhǎng)期處于對(duì)數(shù)期的酵母菌；將適量體積的酵母菌液轉(zhuǎn)移至將2mL旋蓋尖底離心管中（無(wú)菌，無(wú)核酸酶），于室溫下14000×g?離心1min；棄盡培養(yǎng)基，將酵母細(xì)胞沉淀迅速置于液氮中冷凍3h以上，然后轉(zhuǎn)移至-80?°C長(zhǎng)期保存 | 樣本-80?°C或液氮中長(zhǎng)期保存，干冰運(yùn)輸 |
| 大型真菌 | 從菌體上，取下生長(zhǎng)旺盛的組織，用無(wú)菌水沖洗干凈，再使用?75%乙醇沖洗，用吸水紙吸干樣品表面；如果組織體積較大，應(yīng)盡量將組織剪切成長(zhǎng)寬高均≤0.5cm?的小塊；將處理好的組織樣本保存于2ml?或更大體積的旋蓋凍存管中或者用準(zhǔn)備好的錫箔紙包裹組織 |
50+項(xiàng)目分析人員
30X更高深度覆蓋
60+的項(xiàng)目分析案例
優(yōu)化的交互式報(bào)告
11年+項(xiàng)目分析經(jīng)驗(yàn)
專(zhuān)業(yè)而熱情的售后服務(wù)
三個(gè)分布式集群服務(wù)器
閃電般的分析速度
案例一
三代+光學(xué)+HIC拯救復(fù)雜基因組—-大麥基因組Nature篇。新鮮出爐的消息，新版大麥基因組又發(fā)nature啦！大麥基因組到底經(jīng)歷了怎樣的困局？到底是什么解救了大麥基因組？后續(xù)大麥基因組還會(huì)發(fā)Nature嗎？重復(fù)序列比例過(guò)高如何解決？新技術(shù)的到來(lái)更新基因組的必要性到底如何？
大麥基因組的困局：
大麥作為重要的經(jīng)濟(jì)作物，其在農(nóng)業(yè)上的重要性毋需本編過(guò)多描述。大麥基因組破解工作本處于第一梯隊(duì)，為何初版基因組在2012年才發(fā)布呢？原因就是大麥基因組的屬于高重復(fù)的復(fù)雜基因組，通過(guò)當(dāng)前技術(shù)是無(wú)法很好解決的。雖然只有7條染色體，但是基因組的重復(fù)序列比例高達(dá)84%，同時(shí)基因組大小在5.1 Gb，相比于人，水稻等簡(jiǎn)單基因組，技術(shù)上存在很大的難度。和人類(lèi)基因計(jì)劃一樣，通過(guò)集齊全世界科學(xué)家的努力，構(gòu)建了大量的BAC文庫(kù)，得到了物理圖，同時(shí)基于遺傳圖譜，得到了初版基因組。雖然通過(guò)綜合各種技術(shù)，得到的了基因組序列在4Gb 左右，但其可靠性，準(zhǔn)確性難以保障。就拿二代數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)只組裝出了1.9 Gb contig的序列，指標(biāo)更是無(wú)從說(shuō)起。雖然全世界科學(xué)家的努力不可否認(rèn)也不容質(zhì)疑，但現(xiàn)在看來(lái)，初版大麥基因組給人的感覺(jué)只能是有勝于無(wú)！
到底是什么解救了大麥基因組？廢話不多說(shuō)，看看人家的組裝結(jié)果（表1）。
文章中使用的技術(shù)手段包括BAC+Illumina+BioNano+HiC+Genetic Map，得到了4.79 Gb基因組序列，最終利用HIC和遺傳圖分別將95%和97%的序列掛到了染色體的水平。相比于初版基因組，組裝水平高了不只是一大截啊，這就是技術(shù)上的勝利！話說(shuō)，基于此版基因組，預(yù)測(cè)出的基因編碼區(qū)至占到了整個(gè)基因組的1.4%，而轉(zhuǎn)座原件（重復(fù)序列的一個(gè)大類(lèi)）卻占到了整個(gè)基因組的80.8%。所以說(shuō)，大麥基因組的難度的確大??！請(qǐng)看文章中描述的組裝技術(shù)路線：
- 構(gòu)建87085個(gè)BAC，利用Hiseq 進(jìn)行PE及MP文庫(kù)測(cè)序得到4.5 Tb二代數(shù)據(jù)，之后將每個(gè)BAC的測(cè)序數(shù)據(jù)分別進(jìn)行組裝；
- 通過(guò)物理圖譜將BAC間的關(guān)系確定；
- 利用遺傳圖+光學(xué)圖譜，通過(guò)組裝好的BAC序列構(gòu)建Superscaffold；
- 利用群體遺傳圖（POPSEQ）進(jìn)行Superscaffold分組（97%分組）；
- 利用HiC進(jìn)行Superscafold排序及定向（95%掛載）；
- 基因組評(píng)估+基因預(yù)測(cè)+后續(xù)分析。
文章中做了哪些分析？
1、染色體間外大小臂之間的交互
通過(guò)HIC熱圖作者發(fā)現(xiàn)無(wú)論是染色體內(nèi)部還是染色體間的長(zhǎng)短臂之間都存在較強(qiáng)的交互信號(hào)。按照HIC的原理來(lái)說(shuō)，染色體上空間作用越強(qiáng)則實(shí)際DNA間的物理距離越近，染色體大小臂及不同染色體間的相互作用應(yīng)該是極弱的。為了找出原因，作者通過(guò)對(duì)大麥葉核間期的細(xì)胞進(jìn)行著絲粒及端粒熒光雜交，發(fā)現(xiàn)所有染色體的端粒和著絲粒在空間上的位置都純?cè)跇O性，且排列方式也極其相似，不同染色體間的大小臂其實(shí)在空間上距離很近，因此確實(shí)存在染色體內(nèi)外大小臂之間大量的交互作用的可能。
2、染色體上重復(fù)序列及基因密度
利用染色體位置信息，通過(guò)對(duì)20-mer頻率將染色體進(jìn)行劃分成了三種區(qū)域，每種區(qū)域上在基因密度，重組率，LTR插入時(shí)間以及GC含量上都存在一定的規(guī)律。
3、基因家族分析
通過(guò)對(duì)大麥基因組進(jìn)行基因家族收縮擴(kuò)張分析發(fā)現(xiàn)，收縮擴(kuò)張的家族中*顯著的部分都與植物防御及抗病相關(guān)。另外，作者對(duì)麥芽品質(zhì)相關(guān)的amy家族及糖代謝相關(guān)的SWEET家族進(jìn)行了亞家族分類(lèi)，多倍化及表達(dá)模式相關(guān)的分析。
4、遺傳多樣性及單體型分析
基因組在分子遺傳育種中具有極其重要的作用，本文中作者對(duì)來(lái)自歐洲的冬季及春季小麥兩個(gè)群體進(jìn)行了遺傳多樣性及單體型相關(guān)分析。最終發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)群體在不同的染色體位置上的多樣性程度及連鎖強(qiáng)度都存在不同特點(diǎn)。如果沒(méi)有一個(gè)好的基因組，很難全面了解群體間的變異情況，會(huì)給功能育種上帶來(lái)困難。
大麥基因組還能發(fā)Nature嗎？重復(fù)序列比例過(guò)高如何解決？
雖然此版基因組已經(jīng)發(fā)表，但是本編覺(jué)得就目前的技術(shù)而言，大麥基因組還是有很大的提升空間。有咩有發(fā)現(xiàn)，此版大麥基因組沒(méi)有使用當(dāng)前主流基因組所使用的三代測(cè)序技術(shù)？雖然此版本基因組相較于第一版基因組提升較大，但是基因組裝的過(guò)于零碎仍舊是事實(shí)。畢竟此版基因組的contigN50才79Kb，而super scaffold N50也才1.9Mb。一旦過(guò)于零碎，肯定會(huì)導(dǎo)致許多基因無(wú)法被預(yù)測(cè)出，這將對(duì)后續(xù)基因組的功能解讀及研究增加困難。目前，三代測(cè)序技術(shù)在基因組完整性上能夠有很好的發(fā)揮，同時(shí)在基因組結(jié)構(gòu)變異上也能夠有所保障。針對(duì)大麥基因組，已經(jīng)有了如此多的數(shù)據(jù)，本編認(rèn)為，如果后續(xù)如果再加入純?nèi)鷾y(cè)序數(shù)據(jù)，contigN50達(dá)到Mb級(jí)別是極其輕松的！
參考文獻(xiàn)：A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome
案例二
Chromosome-scale assembly of the Sparassis latifolia genome obtained using long-read and Hi-C sequnencing
發(fā)表時(shí)間：2021
合作單位：福建農(nóng)業(yè)科學(xué)院
發(fā)表期刊：G3（Genes|Genomes|Genetics）
研究背景：隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，多環(huán)芳烴類(lèi)污染物在水體沉積物中頻繁檢出，給水生態(tài)安全和人類(lèi)健康造成極大威脅。本研究通過(guò)結(jié)合梯度稀釋培養(yǎng)法、傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)技術(shù)以及宏基因組這這下學(xué)分析等多種方法手段，深入解析了黑臭河流沉積物中硫酸鹽呼吸耦合多環(huán)芳烴降解的核心功能微生物組。
測(cè)序策略：三代測(cè)序（ONT）+Hi-C
研究結(jié)論：通過(guò)ONT和高通量染色體構(gòu)象捕獲 (Hi-C) 技術(shù)得到了S. latifolia SP-C菌株基因組完成圖。本次總共產(chǎn)生8.24 Gb的ONT數(shù)據(jù)，S. latifolia的測(cè)序覆蓋率為198.08X，通過(guò)組裝得到了41.41 Mb的高質(zhì)量基因組，scaffold和contig N50 的大小分別為3.31和1.51Mb。通過(guò)Hi-C輔助組裝技術(shù)進(jìn)一步組裝成12條染色體的基因組，這些染色體包含93.56%的堿基，基因組的17.47%由重復(fù)序列組成。此外，預(yù)測(cè)了13103個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，其中98.72%的基因獲得了功能注釋?zhuān)珺USCO評(píng)估完整度為92.07%。在S. latifolia基因組中還鑒定出126個(gè)tRNA、75個(gè)rRNA和36個(gè)其他非編碼RNA，利用OrthoMCL對(duì)S. latifolia單拷貝和多拷貝進(jìn)行分類(lèi)，發(fā)現(xiàn)S. latifolia SPC與S.crispa SCP的共同基因多于S. latifolia CCMJ1100，系統(tǒng)發(fā)育顯示，S. latifolia SPC與S.crispa SCP有更緊密的親緣關(guān)系，MCScanX共線性分析證實(shí)了上述結(jié)果。
?
參考文獻(xiàn)：Yang C, Ma L, Xiao D, et al. Chromosome-scale assembly of the Sparassis latifolia genome obtained using long-read and Hi-C sequencing[J]. G3, 2021
成功案例
什么是Hi-C技術(shù)？
Hi-C技術(shù)是染色質(zhì)構(gòu)象捕獲技術(shù)（ Chromosome conformation capture ）與高通量測(cè)序（ High-throughput sequencing ）結(jié)合衍生的一種技術(shù)。主要是利用全基因組范圍內(nèi)整個(gè)染色質(zhì)DNA在空間位置上的關(guān)系，對(duì)染色質(zhì)內(nèi)全部DNA相互作用模式進(jìn)行捕獲，結(jié)合生物信息學(xué)方法，來(lái)獲得染色體水平的基因組序列并得到染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)信息。此外還可以并與Chip-seq、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，從基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)來(lái)闡述生物體性狀形成的相關(guān)機(jī)制。
Hi-C在輔助基因組組裝時(shí)有什么作用？
- Hi-C最主要的作用是將零散的基因組序列錨定到染色體上（這一點(diǎn)類(lèi)似遺傳圖譜）；
- 還可以對(duì)組裝的基因組進(jìn)行糾錯(cuò)處理；
- 在某種程度上進(jìn)一步提升Contig N50.
Hi-C技術(shù)與遺傳圖譜的差異？
- Hi-C應(yīng)用單個(gè)個(gè)體就可以完成染色體構(gòu)建；
- Hi-C掛載染色體效率高達(dá)90%以上；
- 但Hi-C技術(shù)不能進(jìn)行QTL定位。
Hi-C技術(shù)的樣品要求？
- 植物樣品要選擇活體幼苗；
- 動(dòng)物樣品先用全血；
- 其他樣品請(qǐng)咨詢百邁客。
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