如何根据基因测序分析结果找通路

~ 动植物基因组De novo测序分析也叫从头测序分析，指不依赖于任何参考序列信息就可对某动植物进行测序分析，使用最新的生物信息学方法进行序列拼接获得某物种的基因组序列图谱，并进行基因组结构注释、功能注释、比较基因组学分析等一系列的后续分析。三代测序技术（以PacBio和Nanopore为代表）具有读长长的特点，自2015年开始在动植物基因组De novo中初露锋芒，已延用至今。该类型测序分析结果可以广泛应用于农林鱼牧医药及海洋等各个方面的研究。

图1 不同测序技术读长，准确性及基因组连续性评估

三代测序技术原理
PacBio测序原理
采用边合成边测序的方式，以其中一条DNA链为模板，通过DNA聚合酶合成另外一条链，进一步将荧光信号转变为碱基信号。同时PacBio已升级了CCS测序模式以获得长读长的高保真（HiFi）15 kb reads，由此提升基因组组装的准确性。

图2 三代PacBio测序原理

Nanopore测序原理
当单链DNA分子穿过纳米孔时，相对于每个核苷酸，都会获得不同的电流信号。记录每个孔的离子电流变化，并基于马尔可夫模型或递归神经网络的方法将其转换为碱基序列。除此之外，Ultra-long reads (ULRs) 是ONT平台的另一重要特征，并具有促进大型基因组组装的潜力。

信息分析内容
De novo研究 研究内容
基因组组装 多软件组装、组装结果评估
基因预测与注释 编码基因预测；重复序列注释和转座元件分类；非编码RNA注释；假基因注释等
Hi-C辅助基因组组装 有效数据评估；Contig聚类、排序及定向分析；挂载结果评估
 
 

 

生物学问题解析

 
 

 

比较基因组学研究

基因家族聚类；
系统发育树的构建；
基因家族扩张与收缩分析；
物种分化时间推算；
LTR形成时间估算；
全基因组复制事件；
选择压力分析
特定生物学问题剖析 结合组学研究方法，深入对某物种生物学问题进行解析

草莓基因家族聚类分析

薏苡全基因组复制事件分析

开心果系统进化树与基因家族收缩扩张分析

陆地棉亚基因组共线性分析

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产品优势
公司成立于2009年，深耕基因组测序领域11年之久，长久以来致力于成为精准的基因组组装专家；

拥有世界在最主流的三代测序平台（PacBio测序全平台和Nanopore测序全平台），具有丰厚的双平台组装及上万种物种基因组组装经验。

Hi-C染色质构象捕获技术文库有效数据比例高，挂载效率高达99%，多倍体物种研究经验丰富，与三代基因组组装相结合，获得染色体水平基因组的同事进一步提升基因组组装质量。

拥有自主研发的领先的基因组测序和分析技术，目前已经获得23项发明专利，超过150多项核心软件著作权。

项目经验示例

合作文章案例
案例1
以更新的亚洲棉A基因组为基础的243份二倍体棉的重要农艺性状的研究
RESEQUENCING OF 243 DIPLOID COTTON ACCESSIONS BASED ON AN UPDATED A GENOME IDENTIFIES THE GENETIC BASIS OF KEY AGRONOMIC TRAITS
期刊：Nature Genetics

影响因子：27.125

发表单位：中国农业科学院棉花研究所、北京百迈客生物科技有限公司等

发表年份：2018年5月

研究背景：

棉花是研究植物多倍化的有价值的资源。亚洲棉(Gossypium arboreum)和草棉(Gossypium herbaceum)的祖先是现代栽培异源四倍体棉花A亚基因组的供体。 本研究中，利用了三代PacBio和Hi-C技术，重新组装了高质量的亚洲棉基因组，分析了243份二倍体棉花种质的群体结构和基因组分化趋势，同时确定了一些有助于棉花皮棉产量遗传改良的候选基因位点。

研究结果：

1、亚洲棉三代基因组组装：

利用三代测序和Hi-C相结合的方法进行亚洲棉基因组组装。共计获得了142.54 Gb ，组装1.71 Gb亚洲棉基因组，Contig N50=1.1 Mb，最长的Contig为12.37 Mb。利用Hi-C技术将组装的1573 Mb的数据定位到13条染色体上，与已经发表的基因组相比，当Hi-C数据比对到更新的基因组后，对角线外的不一致性明显减少（图1 a-b）

图1 HI-C数据在两版亚洲棉基因组上的比对
2、二倍体棉花群体遗传进化分析：

对230份亚洲棉和13份草棉重测序，进行基因组比对、系统发育树、群体结构分析、PCA、LD和选择性清除分析得出亚洲棉和草棉（A）与雷蒙德氏棉同时进行了分化；亚洲棉起源于中国南部，随后被引入长江和黄河地区，大多数具有驯化相关特性的种质都经历了地理隔离（图2）。

图2 二倍体棉群体进化和群体结构分析
3、亚洲棉的全基因组关联分析（GWAS）：

对来自不同环境下的11个重要性状进行全基因组关联分析，鉴定了亚洲棉11个重要农艺性状的98个显著关联位点，GaKASIII的非同义替换（半胱氨酸/精氨酸替换）使得棉籽中的脂肪酸组成（C16:0和C16:1）发生了变化；发现棉花枯萎病抗性与GaGSTF9基因的表达激活相关。选择了亚洲棉种质中的158份有绒毛和57份无绒毛材料进行GWAS关联分析，发现与毛状体和纤维发育有关信息（图3）。

图3 二倍体棉群体进化和群体结构分析
研究结论：

利用三代测序+Hi-C技术完成了亚洲棉基因组的重新组装，将基因组组装指标从72 Kb提升到1.1 Mb，为亚洲棉后续的群体遗传学等相关研究奠定了基础；通过群体遗传进化等相关分析，发现亚洲棉和草棉(A型)与雷蒙德氏棉(D型)同时进行了分化，并证明了亚洲棉起源于中国南部，随后被引入长江和黄河地区；整合GWAS与QTL等分析方法，对亚洲棉脂肪酸含量，抗病性及棉绒生长发育相关基因进行定位，并进行相关功能验证，促进了亚洲棉复杂农艺性状的改良。

案例2、
二倍体、野生和栽培四倍体花生比较基因组分析揭示亚基因组不对称进化和改良
COMPARISON OF ARACHIS MONTICOLA WITH DIPLOID AND CULTIVATED TETRAPLOID GENOMES REVEALS ASYMMETRIC SUBGENOME EVOLUTION AND IMPROVEMENT OF PEANUT
期刊：Advanced Science

影响因子：15.804

发表单位：河南农业大学、北京百迈客生物科技有限公司等

发表年份：2019年11月

研究背景：

花生作为我国重要的经济作物，是提供重要的蛋白和油料的基础。花生属一共包括30个二倍体品种，1个异源四倍体野生花生(A. monticola)和1个栽培花生(A. hypogaea)。作为栽培花生农艺性状改良的重要野生资源供体，野生四倍体花生一直是国内外学者的研究热点。研究中对花生属唯一的野生异源四倍体花生Arachis monticola基因组进行了研究，

动植物基因组De novo测序分析也叫从头测序分析，指不依赖于任何参考序列信息就可对某动植物进行测序分析，使用最新的生物信息学方法进行序列拼接获得某物种的基因组序列图谱，并进行基因组结构注释、功能注释、比较基因组学分析等一系列的后续分析。三代测序技术（以PacBio和Nanopore为代表）具有读长长的特点，自2015年开始在动植物基因组De novo中初露锋芒，已延用至今。该类型测序分析结果可以广泛应用于农林鱼牧医药及海洋等各个方面的研究。
图1 不同测序技术读长，准确性及基因组连续性评估
三代测序技术原理
PacBio测序原理
采用边合成边测序的方式，以其中一条DNA链为模板，通过DNA聚合酶合成另外一条链，进一步将荧光信号转变为碱基信号。同时PacBio已升级了CCS测序模式以获得长读长的高保真（HiFi）15 kb reads，由此提升基因组组装的准确性。
图2 三代PacBio测序原理
Nanopore测序原理
当单链DNA分子穿过纳米孔时，相对于每个核苷酸，都会获得不同的电流信号。记录每个孔的离子电流变化，并基于马尔可夫模型或递归神经网络的方法将其转换为碱基序列。除此之外，Ultra-long reads (ULRs) 是ONT平台的另一重要特征，并具有促进大型基因组组装的潜力。
信息分析内容
De novo研究 研究内容
基因组组装 多软件组装、组装结果评估
基因预测与注释 编码基因预测；重复序列注释和转座元件分类；非编码RNA注释；假基因注释等
Hi-C辅助基因组组装 有效数据评估；Contig聚类、排序及定向分析；挂载结果评估

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溆浦县15343915207： 怎么将基因组测序结果匹配到染色体上 - ？
偶红加合： 代谢通路是kegg数据库里的pathway数据库.可以通过全基因组预测了编码基因后,进行pathway数据库注释,从注释结果的功能信息中通过关键字查找.一般都能找到.如果找不到,有可能是关键字不对或者基因组中没有这样的代谢通路功能基因.一般现在的科技服务公司如果做了keggpathway数据库注释的话,都会做代谢通路图的注释,可以从结果文件中的代谢通路图查找,找到想要的代谢通路图后,再分析哪些基因在基因组上存在.

溆浦县15343915207： 有从一个基因查询和它与之相关的基因,疾病,药物通路的数据库吗 - ？
偶红加合： 额,我谈一下个人的看法吧.首先,就已知的数据来讲,可以上数据库直接搜索相关的通路.都会有列出来的.但如果你想发现未知的通路,那就不是一蹴而就的事情了.首先你可以通过大数据分析,比如芯片或转录组测序,推测两个蛋白有关系(正相关还是反相关),然后再通过westerblot,或qPCR进一步验证.之后,还需要用免疫共沉淀,酵母双杂交等确定两者是否有直接的相互作用,还是说是通过microRNA间接作用等等.一条通路的完善,是需要大批研究者的努力,积少成多.

溆浦县15343915207： 如何对一组基因做信号通路分析 - ？
偶红加合： 般的转录组测序可以得到大量差异表达基因和调控代谢通路,但由于基因与表型难以直接关联,导致关键信号通路难以确定,因此往往达不到预期研究目的.相信很多做过转录组测序的老师都深有体会.总感觉中间缺少了一步?没错,就是代谢...

溆浦县15343915207： 根据snp结果怎么筛选出自己想要的候选位点 - ？
偶红加合： 好像有蛮多人都不知道这个的,1、必须有基因组序列文件2、用你们测序的数据用拼接软件作拼接,一般常用的是dnastar,有免费的你们自己找找3、对于都和基因组拼在一起的的数据可以根据峰图判断snp的情况4、低质量的数据建议重新测序

溆浦县15343915207： 如何通过已知基因寻找它的调控基因 - ？
偶红加合： 1、知道该基因序列,登陆NCBI网站,进行BLAST,会有该基因的所有已知信息2、不知道基因序列,尽量搜索该基因英文名字,查找文献或在NCBI与EXPASY中查找

溆浦县15343915207： 运用KEGG数据库查询某个基因注释到哪些通路 - ？
偶红加合： 运用KEGG数据库查询某个基因注释到哪些通路 最简单,但是未必最有效的办法,但是最快 抽个样本,把你的目标基因打上标记,然后建立一个模型,比如决策树等等 模型质量不错的情况下跑全库,然后找出分类结果为你目标分类的记录

溆浦县15343915207： 已知mirna和基因,怎么查到它们的调控通路 - ？
偶红加合： 如何根据某一具体基因预测调控miRNAmiRNA基因和编码基因启动子区核小体定位分析研究了把基因启动子区的核小体定位对于分析基因的转录调控具有重要意义.利用核小体定位的预测技术——弯曲度谱,分析了编码基因和miRNA基因启动子...

溆浦县15343915207： 请教,David或KEGG 如何对一组基因做pathway分析 - ？
偶红加合： David或KEGG 如何对一组基因做pathway分析 首先打开KEGG搜索界面,如下图.Search against输入＂hsa＂,PrimaryID 类型选择“NCBI-GeneID”,在“Enter objects one per line followed by bgcolor, fgcolor”下方文本框中输入要查询的基因名“GPX1”.在“Examples”下方选择“人”的通路.点击“Exec”,弹出查询到的通路.点击其中任何一个通路,弹出通路图界面.其中的红色块即为该基因或该基因相关的基因.点击红色块,弹出界面可以查看详细的信息.

溆浦县15343915207： 如何分析某个蛋白质序列属于哪个通路 - ？
偶红加合： 基因改变分子结构不变,只是组成分子的某部分原子变为其他原子

溆浦县15343915207： 【求助/交流】如何通过一个基因组序列获得启动子?？
偶红加合： 有全基因组测序结果或者有大片段的测序结果的,基因组序列往上游找 有基因组文库的话筛库 只有结构基因信息的话做反向PCR或者TAIL-PCR