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Capture regions of interest With PacBio Highly Accurate Long Read sequencing

2021-07-22 10:36:26

 

SEQUENCE PLANTS AND ANIMALS WITH CONFIDENCE

 

과학자들이 광범위한 식물 및 동물을 연구하는 것에 있어

생물학적 질문에 답하는 데 SMRT sequencing이

어떻게 도움이 되는지 알아보십시오.



 

 

 

크고 복잡한 genome은 polyploidy 및 높은 수준의 heterozygosity와 같은 독특한 문제를 제시합니다. PacBio는 이러한 문제를 극복하는 데 필요한 높은 정확도와 충분히 긴 길이의 read를 제공합니다.

 



  

Insect Biology

질병 예방 방법을 개발하고, 기본 생물학을 이해하고, 집단 또는 개체를 사용하여

해충 방제를 개선합니다.

 

Crop Improvements

작물의 건강을 개선하고, 형질 선택을 수행, 번식 효율성을 향상시키는 새로운

생물학을 발견하십시오.

 

Animal Health and Breeding

동물 유전학을 조사하여 유전, 면역학 및 가축화 패턴을 고해상도로 연구합니다.

 

Marine Biodiversity

해양 생태계의 깊숙한 곳으로 뛰어 들어 진화를 연구하고 개발에 대한 통찰력을 밝히고

기후 변화의 과제를 해결하십시오.

 

Conservation

지원 번식, 야생 동물 관리 및 지속 가능성을 지원하기 위해 위험에 처한 종의

유전적 다양성을 조사합니다.




CAPTURE REGIONS OF INTEREST IN HIGH RESOLUTION

 

  

targeted sequence capture에 매우 정확하고 충분히 긴 길이를 생성할 수 있는 PacBio HiFi sequencing을 더하면  크기에 관계없이 특정 관심 genome 영역을  전체적으로  볼 수 있는 강력한 도구를 제공합니다.

•Rapidly screen and identify all variants
•Discover haplotype-specific markers
•Resolve difficult-to-sequence regions, regardless of size
•Confirm insertion sites of transgenes and validate gene editing events


  



 

 

 

 

 Tracing plant immunity with resistance genes

 


 

 

육종학자와 병리학자들에게 식물의 면역, 특히 면역 신호 전달시스템을 활성화시키는 수용체(MAMP: microbe-associated molecular patterns)를 인식하는 세포 표면 단백질 또는 NLR(nucleotide–binding leucine-rich repeat receptors) 등 pathogen effector에 반응하는 세포내 단백질 등에 대해 지속적인 관심을 보여왔습니다.

 

개화식물의 유전체에서 발견된 수백개의 NLR유전자들은 병원체 인식 후 세포 사멸을 제어하는 inflammasome 유사체 또는 resistosome을 형성한다고 생각되어 새로운 병원체 저항성을 만들어 낼 수 있는 후보군으로써 연구되고 있습니다. 연구자들은 다양한 분류 수준에서 NLR 유전자의 inventory를 만드려고 시도하고 있으나, 유전자 패밀리의 다형성, 대립 유전자 및 구조적 변이의 패턴 및 광범위한 카피 수 변이를 갖는 cluster 등으로 어려움을 겪고 있습니다.

 

아래에 소개드릴 두 연구 팀은 resistance gene enrichment sequencing(RenSeq)과 SMRT 시퀀싱을 결합하여 이러한 과제를 성공적으로 극복했습니다.

 

 

A Species-Wide Inventory of NLR Genes and Alleles in Arabidopsis thaliana

Cell Volume 178, Issue 5, 22 August 2019, Pages 1260-1272.e14

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.07.038

 

독일의 연합연구팀은 Arabidopsis thaliana 종의 유전자 전체에서의 NLR 서열을 거의 완성된 상태로 발표하였습니다. 핵심 NLR의 보완할 곳을 찾았을 뿐만아니라 통합된 도메인의 다양성, 새로운 도메인의 구조, non-core NLR 내의 polymorphism의 존재 여부 등을 밝혀내고, A. thaliana Col-0 참조 게놈에 매핑할 수 있었습니다. 

 

 


 

Evolution of NLR resistance genes with non-canonical N-terminal domains in wild tomato species

Seoung K. et. al. New Phytologist

DOI : 10.1101/ nph.16628

 

 

UC 버클리 팀은 토마토 (Solanum lycopersicum)의 NLRome에 대한 결과를 BioRxiv에 발표하였습니다. 다양한 병원균에 의한 200가지 이상의 질병에 시달리고 있는 이 중요 작물은 특히 재배하는 과정에서 토마토의 저항성(R) 유전자가 변화하고 유전적 다양성이 낮아 유전자 개선이 시급합니다. 과학자들은 다양한 서식지에서 병원균과 함께 진화해온 야생 토마토 종의 유전적 질병 저항력과 특히 R 유전자가 복합 병원균에 대한 내성이 더 강하다는 것을 밝혀내자고 하였으나 반복구간과 NLR의 물리적 구조를 밝혀내기에는 방법적 제한이 있었습니다.

본 연구팀은 PacBio SMRT sequencing(SMRT RenSeq)을 활용하여 18개 종에서 NLR를 밝혀냈습니다. 채워지지 않은 gap이 있거나 mis-assembly 되어 미완성으로 있었던 13개의 기존 annotation을 포함하여 128개 NLR의 annotation을 향상시켰습니다. RenSeq을 활용한 이러한 성과에 대하여 연구진은 다음과 같이 평가했습니다.

 

“We demonstrated that SMRT RenSeq is a cost-effective, efficient alternative to the whole genome sequencing. We also verified that SMRT RenSeq was capable of…resolving the complexity of NLRs and their clusters.”

 

 

 

 

Marine Biodiversity

 Exploring crustacean genomes for viruses 

 

Satoshi Kawato et al. (2019) 

DOI: 10.1128/JVI .01144-18

 

흰반점증후군 바이러스 (White Spot Syndrome Virus; WSSV)는 새우 산업에서 전 세계적으로 심각한 갑각류 감염 병원체입니다. 이 논문은 숙주의 genome 데이터에 숨겨진 새로운 WSSV 연관종 (nimavirus라고도 불림) genome을 사용하여 WSSV의 진화 역사를 추적하는 것을 목표로 합니다.

본 연구에서는 14개의 갑각류 (숙주) genome을 조사했고, 5개의 새로운 animaviral genome을 찾아냈습니다. WSSV와 그 친족의 게놈을 비교한 결과, WSSV는 자신을 치명적인 병원체로 만드는데 주요 원인이 될 수 있는 특유의 숙주-바이러스 상호 작용 관련 유전자를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 게다가, 곤충을 감염시키는 바이러스 단백질 동족체 (homolog)의 보존은 다른 곤충 감염 DNA virus와 갑각류 감염 Nimaviridae의 공통적인 phylogenetic origin을 암시합니다. 이처럼 본 연구는 특성이 잘 알려지지 않았던 이전의 갑각류 바이러스 계열을 재정의하고 심각한 새우 병원체를 예고했었던 오래된 genomic event들을 밝혀낼 수 있습니다. 

 

 

 

 

Karel Novák et. al. (2019) Archive Animal Breeding

DOI : 10.5194/aab-62-477-2019

 

체코 시멘탈 소(Czech Red Pied, CRP)의 생산품종,  이 품종의 보존된 하위 개체군 그리고  고대의 지역 품종인 체코 레드 소(CR)을 대상으로  선천 면역 체계의 구성요소인 항균성 톨유사수용체의 다양성으로 분석을 하였습니다.  . 풀링된 DNA 샘플의 TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 및 TLR6의 PCR amplicaon3~ 5X coverage ( per gene per animal)  PacBio 기술로 시퀀싱하였습니다

 

풀링된 DNA 샘플의 TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 및 TLR6의 PCR amplicaon3~ 5X coverage ( per gene per animal) PacBio 기술로 시퀀싱하였습니다. 변이(variant)를 감지하는 정확성을 높이기 위해, gDNA pool low coverage (60x per gene)Illumina X-ten 플랫폼으로 동시에 sequencing 실행하였습니다. 

 

위의 방법을 사용하여 얻은 결과, 체코 심멘탈 소 및 관련 개체군의 항균성 TLR 유전자에서 발견된 변이들은 생산군(production population)의 광범위한 다양성을 입증하며, 생산 형질을 부여하기 위한 선별적 번식으로 인한 부정적 영향의 가능성은 없음을 입증합니다. 이런 경우에 보존된 유전적 자원이 미래의 저항성 번식(resistance breeding)에 기여할 가능성은 많지 않으며, 다양성의 범위에서 공통되지 않는 부분으로 국한되어 있습니다. 아직 해결되지 않은 의문점은 이러한 결론이 다른 소의 역사적으로 희귀 종에게도 적용될 수 있는가 입니다. 선천적 면역 체계에 예측된 영향을 미치는 non-synonymous single-nucleotide polymorphisms (nsSNPs)심멘탈 품종을 사육하기 위한 프로젝트나 이와 관련된 연구에서 genotyping target으로 사용될 것으로 예상됩니다.

 

연구진은 PacBio 기술을 활용한 long-range amplicon 시퀀싱과 illumina HiSeq 기술을 활용한 direct gDNA 시퀀싱을 병행함으로써 개체군 샘플을 하이브리드 시퀀싱 하는 것은 타겟 유전자의 모든 변이를 신속하고 정확하게 분석할 수 있게 한다고 언급하였습니다

 

 

 

Spotlight: SMRT Sequencing Reveals Biodiversity

 

 

Sequel II는 종을 발견하는 속도를 높이고  종의 상호 작용 및 역학을 밝혀 생물 다양성에 대한 이해를 높여줄 새로운 1억 8천만 달러 (7년)연구 프로그램인 BIOSCAN 을 지원할 핵심 인프라 구성에 포함됩니다. 수천만 개의 표본을 바코드화할 계획을 감안할 때 분석 비용을 줄이는 것이 중요한데 Sequel II가 이를 가능하게 하는 동시에 매우 신뢰성 있는 sequence를 제공합니다.