Directives de Soumission d'Échantillons
Le séquençage et l'assemblage révèlent la diversité des modèles évolutifs des chromosomes sexuels.
Introduction au séquençage et à l'assemblage des chromosomes sexuels
Les chromosomes sexuels ont été un sujet de recherche fascinant en biologie évolutive et développementale en raison de leurs trajectoires évolutives spécifiques et diversifiées, y compris les chromosomes sexuels X/Y, Z/W et U/V. Cependant, les chromosomes sexuels ont été des régions plus difficiles et moins efficaces pour l'assemblage et l'annotation des génomes des plantes et des animaux. Avec les améliorations rapides des technologies de séquençage, d'assemblage et d'échafaudage des génomes, il est désormais possible de construire des assemblages de typage des chromosomes sexuels.
Les chromosomes sexuels, comprenant les chromosomes X et Y, sont des déterminants essentiels du sexe biologique, chacun jouant des rôles distincts à travers diverses espèces. Le séquençage et l'assemblage des chromosomes sexuels représentent une tâche complexe mais indispensable, impliquant plusieurs étapes procédurales. Dans un premier temps, la collecte d'échantillons et l'extraction de l'ADN sont impératives, suivies du séquençage de l'ADN extrait en utilisant des plateformes de séquençage modernes telles qu'Illumina, PacBio SMRTet Oxford NanoporeCes technologies de séquençage produisent de longs fragments de séquences d'ADN, posant les bases pour des analyses ultérieures. Après le séquençage, un traitement et une purification minutieux des données de séquence générées sont effectués pour éliminer les séquences de faible qualité et la contamination. Par la suite, une combinaison de séquençage à deux extrémités ou séquençage à long terme Les données sont utilisées pour améliorer la précision et la qualité du séquençage. Grâce à ces efforts de séquençage, l'identification et la séparation des séquences des chromosomes X et Y sont réalisées, servant de base à l'assemblage des chromosomes sexuels et à une analyse plus approfondie.
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Quelles sont les stratégies pour l'assemblage des chromosomes sexuels ?
L'analyse des chromosomes sexuels dans différentes espèces est un aspect crucial de la recherche génomique visant à comprendre les mécanismes de détermination du sexe et la diversité génétique. Plusieurs stratégies sont utilisées dans ce processus, chacune ayant ses avantages et ses défis uniques.
La première approche consiste à séquencer individuellement les chromosomes sexuels de l'espèce par des techniques d'enrichissement ciblé, telles que la méthode du transporteur micro-nucléaire ou le séquençage de cellules uniques. Cette méthode isole les chromosomes sexuels des autres chromosomes et effectue un séquençage séparé, améliorant ainsi la couverture et la profondeur des chromosomes sexuels. Par conséquent, cela conduit à une assemblage plus complet et précis des chromosomes sexuels.
La deuxième stratégie consiste à spécifier les chromosomes sexuels en augmentant la profondeur de séquençage dans l'ensemble. séquençage du génome Ce projet. Cette augmentation garantit une couverture de toutes les régions des chromosomes sexuels. En amplifiant la profondeur de séquençage, la couverture et la fiabilité des chromosomes sexuels sont améliorées, facilitant ainsi une meilleure assemblage et analyse.
L'approche finale combine de novo séquençage avec des méthodes de rééchantillonnage. Au départ, de novo séquençage est employé pour obtenir des résultats d'assemblage préliminaires des chromosomes sexuels. Par la suite, des technologies de resequencement, telles que séquençage à lecture longue, sont utilisés pour combler les lacunes de séquence et résoudre les régions répétitives complexes dans l'assemblage. Cette stratégie intégrée améliore la continuité et la précision de l'assemblage des chromosomes sexuels, en particulier pour traiter les séquences répétitives complexes.
Assemblage du chromosome Y chez les gorilles et les humains
Les séquences du chromosome Y des mammifères sont essentielles pour étudier la détermination du sexe, mais le chromosome Y est riche en séquences répétitives et palindromiques, ce qui en fait la partie du génome la plus difficile à assembler. Les chercheurs ont obtenu le génome du chromosome Y du gorille par Illumina et Séquençage PacBio, avec une taille de 25,4 Mo, un N50 de squelette de 97,45 Kb et un NG50 de 99,19 Kb.
Figure 1. Le flux de travail appliqué pour l'assemblage du chromosome Y du gorille (Tomaszkiewicz M et al., 2016)
Semblable au chromosome sexuel du gorille, le chromosome Y humain possède une séquence très lisible et est extrêmement difficile à assembler. L'ADN du chromosome Y obtenu par tri par flux et enrichissement a été séquencé par une combinaison de lectures courtes et séquençage à lecture longueAprès l'assemblage, la version initiale de l'assemblage a été peaufinée avec le logiciel Pilon en utilisant NGS des données avec une précision de base unique plus élevée, suivies d'un tour supplémentaire de correction d'erreurs Racon, aboutissant à une taille de génome du chromosome Y de 21,5 Mb. Comparé à l'assemblage du chromosome Y du gorille (contig N50=17,95Kb), la continuité a été améliorée de 80 fois (contig N50=1,46Mb).
Figure 2. Assemblage du chromosome Y humain (Kuderna L F K et al., 2019)
Pour les génomes hautement répétitifs comme ceux des mammifères, l'utilisation de séquençage à lecture longue peut grandement simplifier l'assemblage des chromosomes sexuels et pourrait théoriquement être étendu à d'autres espèces.
Assemblage et évolution des chromosomes sexuels chez les oiseaux
Dans cette étude, les génomes de cinq femelles oiseaux de paradis ont été séquencés par Illumina et assemblés à l'aide d'ALLPATHS-LG. En utilisant les séquences publiées des chromosomes Z des génomes de la mésange charbonnière et de la corneille à capuchon comme génomes de référence, les espèces séquencées ont été comparées à l'échelle du génome avec les génomes de référence, et l'échafaudage de la comparaison a été classé comme une séquence de chromosome Z, et les chromosomes Z ont été assemblés. Théoriquement, les chromosomes Z et W des femelles oiseaux de paradis devraient être séquencés à la moitié de la profondeur des autosomes, et l'échafaudage du chromosome W devrait être extrait pour compléter l'assemblage du chromosome W selon ce principe.
Dans la présente étude, les chromosomes sexuels Z et W des oiseaux ont été assemblés par comparaison génomique avec des espèces ayant achevé le séquençage des chromosomes Z, sur la base du principe de réduction de profondeur, ce qui aide à expliquer l'évolution des chromosomes sexuels des oiseaux.
Évolution des chromosomes sexuels chez l'asperge
Cependant, les gènes responsables de la différenciation sexuelle et leurs schémas d'organisation sont encore peu étudiés, et les mécanismes de détermination du sexe ainsi que la composition des chromosomes sexuels restent flous. Dans cette étude, les auteurs ont séquencé un individu diploïde (YY) de l'asperge de jardin par Illumina et PacBio, assemblé les lectures Illumina en utilisant SOAPdenovo2, comblé les lacunes avec Gapcloser, et construit des échafaudages avec SSPACE ; ont utilisé les lectures PacBio par PBjelly2 pour combler les lacunes et améliorer les échafaudages avec PBjelly2 ; ont réalisé le resequencement de 35 femelles XX et 39 supermâles YY, construisant un carte de liaisonet assemblage assisté par le génome utilisant le mapping génétique et optique, aboutissant à une taille de génome de 1,3 G.
Dans cette étude, le génome diploïde (YY) de l'Asperge a été assemblé et des régions déterminant le sexe ont été identifiées. L'analyse de resequencement a montré que les plantes dioïques ont récemment émergé dans le genre Asparagus et présentent la même morphologie XY ; l'étude de la structure génétique du chromosome Y et du mécanisme de détermination du sexe des plantes dioïques fournit une référence pour la détermination du sexe chez l'Asperge.
Résumé
Séquençage à lecture longue il est prévu d'atteindre l'assemblage complet des séquences des chromosomes sexuels dès que possible. À ce jour, des centaines de chromosomes sexuels de plantes et d'animaux ont été séquencés, assemblés et publiés avec des degrés de continuité et de complétude variables. Comme séquençage du génome les technologies continuent d'avancer, haute fidélité séquençage à lecture longue continue à s'améliorer, et les algorithmes d'assemblage fractal et d'échafaudage s'améliorent, il est prévu que l'assemblage de paires de chromosomes sexuels hautement contigus devienne bientôt courant.
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Références :
- Tomaszkiewicz M, Rangavittal S, Cechova M, et al. Une stratégie efficace en termes de temps et de coût pour séquencer les chromosomes Y des mammifères : une application à l'assemblage de novo du chromosome Y du gorille. Recherche génomique, 2016, 26(4) : 530-540.
- Kuderna L F K, Lizano E, Julià E, et al. Séquençage et assemblage sélectifs de molécules uniques d'un chromosome Y humain d'origine africaine. Communications Nature, 2019, 10(1) : 4.
- Xu L, Auer G, Peona V, et al. Histoire évolutive dynamique et contenu génétique des chromosomes sexuels chez divers oiseaux chanteurs. Nature écologie & évolution, 2019, 3(5) : 834.
- Harkess A, Zhou J, Xu C, et al. Le génome de l'asperge éclaire l'origine et l'évolution d'un jeune chromosome Y. Communications Nature, 2017, 8(1) : 1279.
