Qu'est-ce que le séquençage de télomère à télomère ?

Qu'est-ce qu'un télomère ?

Les télomères sont des éléments structurels cruciaux situés aux extrémités terminales des chromosomes linéaires chez les organismes eucaryotes. Ces régions spécialisées jouent un rôle vital dans le maintien de l'intégrité et de la stabilité des chromosomes. Composée de séquences d'ADN simples mais hautement répétitives, l'ADN télomérique pose des défis pour son assemblage en raison de sa nature complexe.

De nombreuses recherches soulignent l'importance des télomères dans la dynamique cellulaire. À chaque division cellulaire, le télomère à l'extrémité chromosomique subit un raccourcissement. Une fois que ce raccourcissement atteint un point critique, la cellule perd sa capacité à se diviser davantage. Par conséquent, les scientifiques qualifient les télomères de "montre de la vie", reconnaissant leur rôle central dans la détermination de la durée de vie des cellules.

Qu'est-ce que le génome Telomère-à-Télomère (T2T) ?

L'avènement de technologie de séquençage à lecture longue, en particulier la puissante combinaison de séquençage HiFi PacBio à haute précision et la continuité prolongée offerte par séquençage ultra-long ONTa réussi à résoudre les problèmes d'assemblage difficiles associés aux régions génomiques mitotiques ou hautement répétitives. Cette avancée a considérablement amélioré la continuité et l'intégrité des chromosomes, posant les bases de la création de génomes de Télomère à Télomère (T2T).

Essentiellement, un génome T2T vise à obtenir une séquence génomique de haute qualité qui s'étend d'un télomère à l'autre, caractérisée par une précision, une continuité et une intégrité exceptionnelles.

Un jalon notable dans cette entreprise est la publication du génome humain T2T-CHM13. de novo génome, qui comble efficacement des lacunes critiques dans le paysage génomique.

Veuillez lire notre article. Le génome T2T complet par séquençage ouvre la voie à l'ère post-génomique. pour plus d'informations.

L'assemblage complet du génome humain T2T-CHM13 (Nurk S et al., 2022)

Cela inclut la représentation complète des amas de satellites mitotiques, de la région de répétition proximale et des bras courts des cinq chromosomes télo-centriques. Déverrouiller ces régions génomiques complexes est essentiel pour mener des études mutationnelles et fonctionnelles. La carte complète du génome humain Le résultat de cet effort comprend l'ajout ou la correction de 238 Mb de séquence, dont 182 Mb sont entièrement nouveaux, ainsi que l'annotation de 2 226 nouveaux gènes. Par conséquent, ce perfectionnement a conduit à l'élimination de dizaines de milliers de variants faussement positifs dans chaque échantillon, réduisant notablement les faux positifs de plus de 90 % dans 269 tests génétiques d'importance médicale.

Une analyse détaillée des séquences associées aux mitogènes a révélé une corrélation convaincante entre la localisation du mitogène et l'évolution de l'amplification des répétitions en couches dans l'ADN environnant. De plus, des comparaisons des mitoplastes du chromosome X provenant de différents individus révèlent un degré notable de variation structurelle, épigénétique et de séquence au sein de ces régions génomiques complexes et en évolution rapide.

Nous suivons également de près les avancées de la recherche sur le génome T2T pour d'autres espèces. Pour en savoir plus, veuillez lire nos articles.

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Pourquoi l'assemblage du génome T2T est-il si difficile ?

Les complexités de l'assemblage du génome T2T découlent de la nature complexe des structures génomiques, entraînant une dépendance à trois générations de technologies de séquençage—spécifiquement, PacBio HiFi, ONT ultra-long, et les technologies de séquençage Hi-C. L'intégration de la technologie Hi-C est cruciale pour acquérir les informations de position relative des gènes sur le chromosome, facilitant ainsi l'achèvement de l'assemblage au niveau du génome au niveau chromosomique. Dans la navigation à travers des régions complexes, des ajustements manuels avec une vaste expérience en assemblage deviennent impératifs, aboutissant finalement à une séquence de génome de référence T2T de haute qualité.

Malgré ces avancées, des défis significatifs persistent, notamment dans la lecture de régions longues, répétitives et mitotiques chez certaines espèces. Dans le cas des nouveaux résultats du génome humain, la stratégie consiste à éviter le séquençage de deux chromosomes X distincts dans des cellules humaines normales. Au lieu de cela, la complexité associée à l'assemblage de deux haplotypes d'un génome diploïde est contournée en utilisant une lignée cellulaire haploïde dérivée d'une femme enceinte, présentant deux chromosomes X identiques.

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La cartographie directe des régions chromosomiques hautement dupliquées chez les humains diploïdes normaux nécessite des investigations supplémentaires et des assemblages plus complets. Cela est particulièrement vrai pour d'autres espèces moins étudiées que le génome humain, où l'assemblage des grains mitotiques et le traitement des lacunes d'assemblage induites par des régions hautement répétitives deviennent des défis encore plus redoutables. Par conséquent, obtenir un assemblage complet et génome T2T de haute qualité pour une espèce, cela reste une tâche redoutable.

Assemblage de génome T2T résolu par haplotypes

Méthodes actuelles d'assemblage du génome négligent souvent les distinctions entre les chromosomes homologues, conduisant à la création de séquences chimériques amalgamées à partir des deux chromosomes parentaux.

Pour des espèces diploïdes spécifiques, telles que les hybrides ou celles caractérisées par une forte hétérozygotie génomique, et des espèces polyploïdes, l'utilisation de assemblage de génome haplotypique devenant essentiel. Cette approche permet l'extraction d'informations génétiques provenant des deux sources parentales, facilitant l'étude de l'évolution asymétrique des sous-genomes et l'exploration des différences d'expression parmi les allèles haplotypiques. Cette compréhension nuancée prépare le terrain pour des enquêtes plus robustes sur le resequencement, la localisation des traits, l'évolution, la fonction des gènes, l'édition des gènes et d'autres recherches subséquentes.

Service de séquençage du génome haplotypique T2T de CD Genomics

Exploitation Données de séquençage HiFi PacBio, CD Genomics utilise Hi-C et Séquençage ultra-long par nanopore pour faciliter le typage des haplotypes. En utilisant le HIC et le clustering kmer, nous excluons méticuleusement les assemblages chimériques, garantissant le désassemblage précis du génome haploïde de l'espèce. CD Genomics entreprend une optimisation supplémentaire en comblant les lacunes assemblées, en identifiant les télomères et les filaments, culminant finalement dans la génération d'un génome T2T résolu par haplotype.

Pour évaluer la précision de l'assemblage du génome, une évaluation complète de la qualité de l'assemblage, en particulier de l'exactitude de la séparation des haplotypes, est impérative à l'achèvement. Cela inclut la validation du sous-phasage, l'évaluation de l'exactitude du typage génomique des haplotypes (erreur de commutation), l'évaluation de l'intégrité BUSCO et l'analyse de covariance entre les haplotypes. Ce processus utilise une méthode d'assemblage flexible et adaptable, complétée par un protocole d'évaluation méticuleux pour les génomes haploïdes.

De plus, une évaluation rigoureuse de la qualité de l'assemblage est réalisée pour évaluer l'exactitude du remplissage des lacunes après le typage génomique. Cela implique d'examiner la continuité de l'assemblage (nombre de lacunes par chromosome), la cohérence (taux de comparaison de NGS et données de séquençage à lecture longue), exhaustivité (évaluation BUSCO), précision (valeurs QV de l'ensemble du génome et de chaque chromosome), identification des séquences de télomères et de filaments, et analyse de comparaison de covariance avec des versions historiquement assemblées de la même espèce. Cette évaluation complète garantit la fiabilité et la précision de nos processus de comblement des lacunes dans le contexte des génomes haplotypiques.

Application des services de séquençage du génome par haplotype T2T

Découvrez la polyvalence de nos services de séquençage du génome haplotypique T2T dans divers scénarios, y compris les comparaisons de sous-genomes, les études sur des insertions/délétions spécifiques, les variations du nombre de gènes, les niveaux de méthylation différentiels, les variations dans les réseaux de gènes, ainsi que l'origine et l'évolution des espèces polyploïdes.

• Déverrouiller le potentiel pour l'orientation de la sélection moléculaire en aval

Nos services de séquençage du génome haplotypique T2T permettent un édition génomique précise pour des espèces complexes, fournissant des informations inestimables pour les initiatives de reproduction moléculaire en aval.

• Plongée dans les théories de l'hybridation vigoureuse

Explorez et comprenez les théories derrière l'hybridation vigoureuse, en déchiffrant les complexités génétiques des avantages des espèces mixtes grâce à notre séquençage complet du génome haplotypique.

• Étudier les motifs d'expression spécifique des allèles (ASE)

Nos services facilitent des études approfondies des modèles d'expression spécifiques aux allèles, mettant en lumière les mécanismes régulateurs uniques qui gouvernent l'expression des gènes.

• Analyse de la pression de sélection comparative (Ka/Ks)

Évaluez les pressions de sélection en comparant les rapports Ka/Ks, en obtenant des informations critiques sur les forces évolutives façonnant la diversité génétique au sein d'espèces complexes.

• Comparaisons de sous-genomes

Découvrez les nuances des variations de sous-genomes grâce à des comparaisons minutieuses, offrant une compréhension approfondie des structures génomiques.

• Exploration des insertions/suppressions spécifiques et d'autres mutations

Nos services offrent un examen détaillé des insertions, suppressions et autres mutations spécifiques, déchiffrant les variations génétiques qui contribuent à la diversité des espèces.

• Analyse comparative du nombre de gènes

Analyse les différences dans le nombre de gènes parmi des espèces diverses, en obtenant des informations sur les facteurs génétiques qui contribuent aux traits et caractéristiques spécifiques à chaque espèce.

• Comparaisons des niveaux de méthylation différentielle

Explorer les variations des niveaux de méthylation de l'ADN, en élucidant différences épigénétiques qui jouent un rôle clé dans la régulation et l'expression des gènes.

• Différences de régulation des réseaux génétiques

Comprendre les différences dans la régulation des réseaux géniques grâce à une analyse comparative, fournissant des informations précieuses sur l'interaction complexe des gènes au sein d'une espèce.

• Origine et évolution des polyploïdes

Nos services explorent l'origine et l'histoire évolutive des espèces polyploïdes, déchiffrant les événements génétiques complexes qui ont façonné leur existence.

• Source ancestrale et trajectoire évolutive

Tracez les sources ancestrales et les trajectoires évolutives des espèces complexes, en acquérant des connaissances sur leur histoire évolutive et leur patrimoine génétique.

Référence :

1. Nurk S, Koren S, Rhie A, et al. La séquence complète d'un génome humain. Science, 2022, 376(6588) : 44-53.