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Q1:什么是泛基因组?为什么要开展泛基因组研究?

泛基因组是指某一物种(或特定分类群)内所有个体的基因总和。传统的单一参考基因组(如“明星株”)往往存在“参考基因组偏倚”,无法涵盖物种内的全部遗传多样性。开展泛基因组研究可以捕捉到单一参考基因组中丢失的存在/缺失变异(PAVs)、结构变异(SVs)以及新基因,对于研究物种进化、环境适应性及挖掘特异性状基因至关重要。


Q2:一个标准的泛基因组项目需要多少个样本?


样本量取决于物种类型和研究目的样本应最大程度覆盖该物种的地理分布、表型多样性和进化分支。

细菌/真菌:由于基因组较小且变异剧烈,通常需要几十到几百个菌株。

植物/动物(动植物泛基因组):通常精选 1050 具有代表性的高质量近原生态、野生种和栽培品种/品系进行全基因组 de novo 组装。

 

Q3:如何选择构建泛基因组的样本?


建遵循“少而精”与“代表性广”相结合的原则:

a. 优先选择系统发育树中处于关键进化节点的代表。

b. 涵盖不同的生态型、地理起源和极端表型。

c. 优先选择杂合度低、重复序列少、易于获得高质量组装的样本。


Q4:如何评估泛基因组的组装质量?

主要从以下几个指标进行评估:

Contig/Scaffold N50:评估组装的连续性。

BUSCO 整度评估:确保保守的同源基因没有在组装中丢失。

Mapping Rate:将原始测序数据比对回组装基因组,看比对率是否达标。

基底基因组的一致性:如果是图形泛基因组,需要评估各个路径的共线性。


Q5:核心基因和可变基因是如何定义的?


在泛基因组中,基因通常根据在群体中的出现频率被分为三类:

核心基因:在所有(或 >95%99%,容忍部分组装缺失)个体中都存在的基因,通常维持基本生命活动。

可变/软核基因:在部分个体中存在的基因,通常与环境适应性、抗逆性或特定表型相关。

特有基因:仅在某一个体中存在的基因。


Q6:图形泛基因组和传统泛基因组有什么区别?

传统泛基因组:多采用“基于序列非冗余合并(Iterative Assembly/Map-to-reference)”的方式。将未比对上的序列拼起来作为“新序列”挂在参考基因组后面。缺点是丢失了变异发生的具体基因组位置(坐标)。

图形泛基因组:将所有个体的基因组序列比对成一个“非线性的网络图(Graph)”。相同的序列合并为“节点(Node)”,变异则形成不同的“分支(Edge)”。它不仅包含了所有序列,还保留了复杂的倒位、易位等大片段结构变异(SV)的空间信息。


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