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Nature Communications: 基因组研究解析臭虫独特的生物学特征

已有 4222 次阅读 2016-2-16 16:25 |个人分类:动物基因组测序研究进展|系统分类:科研笔记|关键词:臭虫基因组研究,,iK5先导项目,昆虫基因组| 臭虫基因组研究, iK5先导项目, 昆虫基因组


1. 研究背景

臭虫半翅目(Hemiptera)臭虫科(Cimicidae)昆虫,约75种,吸食人和温血动物的血液。有臭腺,分泌物有特殊气味。雌虫每个繁殖季节产卵200多个,一年繁殖3代或3代以上。世界性分布,昼伏夜出,吸血后即躲藏不出,所吸血需数天才能消化。成虫能耐饥一年以上,可以在一个相当广泛的温度和环境里存活(零下32度到零上40度)。

与人类有寄生关系的仅有温带臭虫和热带臭虫两个家栖种类。热带臭虫主要见于长江以南,温带臭虫则在全国均有分布但以江北地区为主。臭虫的发育过程为渐变态的,即一生包括卵、若虫和成虫3个阶段,其中若虫有5个龄期。具群栖性,成虫、若虫和卵多见于床板、褥垫、箱缝、墙隙或墙纸的褶缝中,在卫生条件差的交通工具以及公共场所的桌椅缝隙中亦有孳生。臭虫的危害主要是吸血骚扰,人被叮咬后,严重时可导致皮肤红肿发炎、痒痛难忍,有些人可发生丘疹样麻疹,以小儿为多见。此外相对生物建议使用祛臭虫毒精油可以有效迅速缓解此症状。若长期被较多的臭虫寄生,可引起贫血、神经过敏和失眠、虚弱等症状。

2. 基因组特点:流式细胞仪预估基因组大小约为864.5 Mb


3. 测序方案:illumina HiSeq 2000 100PE测序206X,即180bp、500bp、3Kb和8Kb文库分别测序62.4X、77.9X、44.42X和21.21X(按照基因组组装子大小650.47-Mb进行计算)。

下载序列:NCBI SRA: SRS580017, BioSamples ID: SAMN02649412 and SAMN02434893


4. 组装及结果:ALLPATHS-LG (v35218, http://www.broadinstitute.org/software/allpaths-lg/blog/

进一步运用 Atlas-Link (v.1.0) 和Atlas gap-fill (v.2.2)(https://www.hgsc.bcm.edu/software/) 进行scaffolding和gap fiiling.

组装获得650.47-Mb基因组序列(比预估的864.5Mb少25%,可能还有一些异染色质及重复序列未组装获得);45,073个contigs,contig N50 =23.5 kb;1,402个scaffolds,scaffold N50=7.17 Mb。

组装结果下载:NCBI: BioProject PRJNA167477


5. 转录组测序:雄成虫HiSeq PE测序6.9G ;雌成虫测序HiSeq PE测序5.4G。

数据下载:NCBI SRX906994(雄虫RNA-Seq数据);SRX907005(雌虫RNA-Seq数据)


6. 基因组注释:臭虫基因组研究项目作为iK5先导项目之一,注释环节是采用专门针对节肢动物的流程进行基因注释的。

Maker 2.0 (http://www.yandell-lab.org/software/maker.html ),预估获得13,953个基因信息,通过进一步校正最终获得14,220个蛋白编码基因信息。

可通过以下网址下载gene set结果:

BCM-HGSC website (https://www.hgsc.bcm.edu/arthro-pods/bed-bug-genome-project)  

the National Agricultural Library(https://i5k.nal.usda.gov)


7. 臭虫基因组中重要功能基因或基因家族信息的筛选:通过iK5先导项目招募到32个研究团队来挑选臭虫gene set中的重要功能基因:MAKER-predicted gene set Clec_v0.5.3。这些团队通过C. lectularius Web Apollo (http://genomearchitect.org/)

instance (https://apollo.nal.usda.gov/cimlec/jbrowse/) 基于他们的研究兴趣选择感兴趣的基因或者基因家族进行深入研究。


8. 同源/系统发育分析通过OrthoDB (http://orthodb.org/)数据库来挖掘臭虫基因组(v1.0)中与其他七种节肢动物中均包含的同源基因信息,这个七种节肢动物包括:淡水枝角水蚤(Daphnia pulex)、体虱(Pediculus humanus humanus,同Pediculus humanuscorporis、豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)、蜜蜂(Apis mellifera)、赤拟谷盗(Tribolium castaneum)、帝王蝶(Danaus plexippus)和果蝇(Drosophila melanogaster)。



9. 通过BUSCO对组装子进行质量评估:可以通过保守基因的存在情况对基因组组装的完整度做一定的评估。若这些保守基因缺失则在一定程度上说明基因组组装的不完整,当然还要取决于缺失基因的不连续情况。另外如果分析发现这些保守基因都是单拷贝的,而在组装子序列中还可以鉴定到很多意想不到的重复序列(duplications),则表明这个组装结果是包含错误的。

为鉴定臭虫基因组以及预测获得基因信息的完整度,采用BUSCO (http://busco.ezlab.org/),基于节肢动物的2675个单拷贝保守基因进行分析,这些基因至少目前存在于90%以上的节肢动物中。

结果发现,相比于其他七种节肢动物,臭虫基因组以及gene set缺失率较高,约10%。



10. 鉴定存在水平转移的基因信息:采用两种方法进行分析:

1)homology-based pipeline described in Wheeler et al.

2)Due to the vast number of putative LGT candidates, a second python script was used to break long scaffolds into 1,000-bp intervals and search each of them against the bacterial database.



11.与寄主特异性、稀释血液和免疫相关功能基因的研究


12.与抗杀虫剂有关基因信息的鉴定


Unique features of a global human ectoparasite identified through sequencing of .pdf

SI-Unique features of a global human ectoparasite identified through sequencing .pdf



http://blog.sciencenet.cn/blog-1333578-956523.html

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1 梁红斌

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