Experten für de novo Sequenzierung des gesamten Genoms von Pflanzen/Tieren

Inhaltsverzeichnis

Was ist die de novo Sequenzierung des gesamten Genoms von Pflanzen und Tieren?

Pflanzen- und Tiergenom-De-novo-Sequenzierung bezieht sich auf das Zusammenstellen eines vollständigen Genoms, ohne auf eine vorhandene Referenzsequenz zurückzugreifen. Dieser Ansatz ist entscheidend, wenn man mit Arten arbeitet, die kein Referenzgenom haben, schlecht assemblierte Genome aufweisen oder komplexe genomische Merkmale wie hohe Heterozygotie, Polyploidie oder umfangreiche repetitive Regionen zeigen.

Anstatt Sequenzierungsreads an ein bekanntes Genom auszurichten, rekonstruiert die de-novo-Assemblierung das Genom von Grund auf neu – wie das Lösen eines riesigen Puzzles mit nur den Sequenzfragmenten, die von Hochdurchsatz-Sequenzierungsplattformen erzeugt wurden. Das Ergebnis ist ein hochauflösendes genetisches Blueprint, das für funktionale Annotation, vergleichende Analysen, molekulare Züchtung und evolutionäre Studien verwendet werden kann.

Bei CD Genomics bieten wir umfassende de novo Sequenzierungsdienste für eine Vielzahl von Pflanzen- und Tierarten an. Durch die Integration von Illumina-Kurzsequenzen, PacBio HiFi-Langsequenzen, Nanopore-Ultra-Langsequenzen und Hi-C-Chromatin-Interaktionsdaten liefern wir Chromosomenebene Genomassemblierungen bereit für nachgelagerte Forschung und Veröffentlichung.

Wann sollten Sie De-novo-Genomsequenzierung verwenden?

De-novo-Genomsequenzierung ist die bevorzugte Strategie, wenn kein hochwertiges Referenzgenom existiert oder wenn bestehende Referenzen Ihre Forschungsziele nicht erfüllen können. Hier sind die häufigsten Anwendungsfälle:

✅ Kein Referenzgenom verfügbar

Für neu entdeckte oder wenig erforschte Arten ermöglicht die de-novo-Sequenzierung Forschern, eine vollständige Referenz von Grund auf neu zu erstellen.

✅ Unvollständige oder fragmentierte Referenz

Viele öffentlich zugängliche Genome sind veraltet, schlecht assembliert oder auf Scaffold-Ebene fragmentiert. De-novo-Assemblierung liefert Chromosomenebene Kontinuität für hochauflösende Forschung.

✅ Komplexe Genome: Polyploidie, Heterozygotie, Wiederholungen

Pflanzen- und Tiergenome enthalten häufig hohe Mengen an Duplikationen, strukturellen Variationen oder repetitiven Elementen. De-novo-Ansätze, die Verwendung von Langzeit-Sequenzierung und Hi-C-Kartierung diese Herausforderungen überwinden.

✅ Pan-Genom-Konstruktion

Wenn ein einzelnes Referenzgenom die genetische Vielfalt einer Art nicht erfassen kann, zeigt der Aufbau eines Pan-Genoms durch de-novo-Assemblierung mehrerer Individuen populationsspezifische Variationen.

✅ Merkmalsentdeckung und molekulare Züchtung

Hochwertige Baugruppen bilden die Grundlage für GWAS, QTL-Kartierungund Genom-Editing—insbesondere in der Landwirtschaft, Aquakultur und Tierforschung.

Profi-Tipp:

De-novo-Sequenzierung ist nicht nur für neuartige Arten. Es ist oft die beste Möglichkeit zur Aufrüstung ein niedrig-kontigiertes Genom in veröffentlichungsreife Qualität, insbesondere in Kombination mit HiFi- und Hi-C-Daten.

Technologie-Strategieübersicht: Plattformvergleich für die Genomassemblierung

Plattform	Rolle in der Versammlung	Typische Abdeckung	Stärken	Empfohlen für
Illumina / DNBSEQ™	Genomuntersuchung, Fehlerkorrektur	30–50×	Hohe Genauigkeit, niedrige Kosten, unerlässlich für k-mer-Profiling	Erste Analyse der Genomkomplexität
PacBio HiFi	Contig-niveau de novo Assemblierung	30–60×	Ultra-hohe Genauigkeit (Q20+), ausgezeichnet für wiederholungsreiche oder polyploide Genome	Pflanzen-/Tiergenome mit hoher Heterozygotie
Oxford Nanopore (ONT)	Lückenfüllung, Ultra-Long-Read-Assemblierung	50–100×	Ultra-lange Reads (>100 kb), ideal für Telomer-zu-Telomer (T2T) Assemblierungen	Genome, die vollständige oder nahezu vollständige Kontinuität erfordern
Hi-C	Chromosomen-große Gerüstbildung	100–150×	Erstellt Chromosomen-Pseudomoleküle, korrigiert Fehlassemblierungen.	Endgültige Chromosomenverankerung und Qualitätskontrolle
10x Genomics Linked-Reads	Wiederholungsauflösung, Phasung (optional)	~60×	Phasen heterozygoter Loci unterstützen die Haplotype-Trennung.	Diploide oder hoch heterozygote Arten
BioNano-Optische Kartierung	Erkennung großer struktureller Variationen (optional)	NA	Erkennt SVs, erstellt komplexe Assemblierungen	Sehr große oder strukturell komplexe Genome

Empfohlene Sequenzierungsstrategie für De-Novo-Genome von Pflanzen und Tieren

Für die meisten de-novo-Genomprojekte von Pflanzen und Tieren empfehlen wir die folgende integrierte Strategie. Diese Kombination aus vier Plattformen liefert Chromosomen-niveau Assemblierungen mit hoher Kontinuität und Unterstützung bei der Genannotation in einem einzigen Workflow.

Schritt	Plattform	Abdeckung	Zweck
1. Genomuntersuchung	Illumina WGS	50×	K-mer-Analyse zur Schätzung der Genomgröße, der Heterozygotie-Rate und des Wiederholungsgehalts — leitet die nachgelagerte Strategie.
2. Contig-Zusammenstellung	PacBio HiFi WGS	30×	Hochgenaue (Q20+) Langsequenzen (15–20 kb) für das primäre Contig-Rückgrat, das Wiederholungen überspannt und Haplotypen auflöst.
3. Chromosomenverankerung	Hi-C Sequenzierung	100×	Chromatin-Konformationsfang zur Anordnung von Contigs in chromosomale Pseudomoleküle; typische Ankerquote >95%
4. Unterstützung bei der Genannotation	RNA-Seq	—	Transkriptomnachweise für die Vorhersage von Genstrukturen und die Validierung funktioneller Annotationen

Über Hi-C-Sequenzierung: Hi-C (High-Throughput Chromosomen-Konformationsfang) erfasst langreichweitige Chromatin-Interaktionen, indem DNA in situ vernetzt, verdaut und räumlich nahe Fragmente wieder verknüpft werden. Die resultierenden Chromatin-Interaktionsdaten ermöglichen es, aus langen Reads zusammengestellte Contigs zu ordnen, auszurichten und in chromosomale Pseudomoleküle zu verankern. Dieser Schritt ist entscheidend, um Publikationsniveau Chromosomen-Assemblierungen zu erreichen, insbesondere für Genome mit großen repetitiven Regionen, bei denen alleinige Assemblierungsalgorithmen die chromosomale Architektur nicht auflösen können.

PacBio Revio sequencing system — official product image acBio Revio Sequenzierungssystem. Bild mit freundlicher Genehmigung von PacBio.

Assembly contiguity comparison demonstrating the effectiveness of the recommended Illumina + PacBio HiFi + Hi-C + RNA-seq strategy Vergleich der Kontig-Kontiguität: Die empfohlene Multi-Plattform-Strategie liefert ein Kontig N50 auf Chromosomenebene im Vergleich zu Einzelplattformansätzen.

Genome assembly workflow from Illumina to PacBio/ONT to Hi-C to chromosome-level sequencing Hybrid-Strategie Einblicke:

Die erfolgreichsten Assemblierungen kombinieren kurze Reads + lange Reads + Hi-C. Wir passen die Plattformmischung basierend auf Genomgröße, Ploidie und Ihren Forschungszielen an.

De Novo Genomsequenzierungsdienst-Workflow: Von der Probe zur Chromosomen-skaligen Assemblierung

Stichprobenqualitätskontrolle

Integritätsbewertung über PFGE oder Femto Pulse
Reinheitsprüfungen (OD-Verhältnisse, Qubit und Entfernung von RNA-Kontamination)

Genomüberprüfung (Illumina)

Kurzlese-Sequenzierung (~100X Abdeckung)
K-mer-Analyse zur Genomgröße, Wiederholungsinhalt, Heterozygotie
Leitfäden für die downstream Long-Read- und Hi-C-Strategie

Langzeit-Sequenzierung (PacBio HiFi oder Oxford Nanopore)

Hochkontinuierliche de novo Assemblierung von primären Contigs
Plattformen ausgewählt basierend auf den Eigenschaften des Zielgenoms
30–100-fache Abdeckung je nach Plattform

Gerüstbildung und Chromosomenverankerung (Hi-C-Sequenzierung)

Erfasst langfristige Chromatin-Interaktionen
Verankert Contigs an Pseudochromosomen
Ermöglicht die Chromosomen-große Genomassemblierung

Polieren und Fehlerkorrektur

Kurzlese-Politur zur SNP-/Indel-Korrektur
Lückenfüllung und Wiederholungsauflösung
BUSCO und alignierungsbasierte Qualitätsprüfungen

Genomannotation (optionale Ergänzung)

Vorhersage der Genstruktur (ab initio und evidenzbasiert)
Wiederholte Regionsmaskierung
Funktionale Annotation (GO, KEGG, Pfam)

plant/animal genome sequencing workflow from sample QC to data delivery, on a white background.

Bioinformatikanalyse

Unsere Genom-Informationspipeline integriert Hochdurchsatz-Assemblierung, Annotation und vergleichende Analyse – maßgeschneidert für Pflanzen- und Tierarten. Egal, ob Sie mit einem diploiden, polyploiden oder hochrepetitiven Genom arbeiten, wir bieten skalierbare und präzise Lösungen zur Entschlüsselung von Komplexität.

Genome assembly and annotation pipeline from long-read sequencing to functional databases.

comparative, pangenome, and population analysis options in genome informatics.

Arbeitsablauf

FIntegrated workflow for tumor organoid sequencing and analysis

Musteranforderungen & Qualitätsstandards

Probenart	Erforderlicher Betrag	Reinheitskriterien	Besondere Hinweise
Frisches oder gefrorenes Tiergewebe	≥ 1,5 μg gDNA (≥50 kb durchschnittliche Länge)	OD260/280: 1,8–2,0; OD260/230: ≥2,0	Vermeiden Sie blutkontaminierte Proben; keine Gefrier-Tau-Zyklen.
Pflanzenblätter oder -stängel	≥ 2 μg gDNA (≥50 kb durchschnittliche Länge)	Das Gleiche wie oben	Vermeiden Sie Kontaminationen mit Polysacchariden und Polyphenolen; bevorzugen Sie junge, zarte Gewebe.
Kultivierte Zellen (z. B. Fische, Insekten)	≥ 1,5 μg gDNA	Gleich wie oben	Für Insekten das Chitin-Exoskelett vor der Extraktion entfernen.
Hi-C vernetztes Gewebe	≥ 1 g frisches Gewebe oder ~5 Millionen Zellen	OD nicht anwendbar (vernetzt)	Kreuzvernetzung und Fixierung müssen unserem Hi-C-Vorbereitungsprotokoll folgen.

Allgemeine QC-Kriterien:

DNA mit hoher Molekulargewicht: >50 kb bevorzugt für Langleseplattformen (PacBio HiFi, Oxford Nanopore)
Keine Kontamination mit RNA, Proteinen oder sekundären Metaboliten
Konzentration: ≥50 ng/μL (Qubit); Integrität: Bestätigt durch Pulsfeldgel oder Femto Pulse

Brauchen Sie Hilfe bei der DNA-Extraktion?

CD Genomics bietet umfassende Extraktionsdienste, die auf Pflanzen- und Tiergenome zugeschnitten sind, und verwendet zur Minimierung von Scherung und Verunreinigungen die Magnetperlenreinigung. Kontaktieren Sie uns, um mehr zu erfahren.

Liefergegenstände

CD Genomics bietet umfassende und gut organisierte Ergebnisse für jedes Pflanzen- oder Tier-Whole-Genome-De-Novo-Sequenzierungsprojekt. Unsere Datenpakete sind auf eine nahtlose nachgelagerte Analyse und Publikationsbereitschaft zugeschnitten.

✅ Standard-Liefergegenstände

Dateityp / Inhalt	Beschreibung
Rohsequenzierungsdaten	FASTQ-Dateien von PacBio HiFi, Nanopore, Illumina und/oder Hi-C-Plattformen
Versammlungsergebnisse	Genom-Contigs und Scaffolds im FASTA-Format
Versammlungsmetrikenbericht	Zusammenfassung der Genomgröße, N50, GC-Gehalt, Vollständigkeit (BUSCO usw.)
Genomannotation (Optional)	GFF3/GTF-Dateien, funktionale Annotationsdaten, Visualisierung der Genstruktur
Hi-C Interaktionskarte	Kontaktmatrizen und Zusammenbau-Skizzen (wenn Hi-C enthalten ist)
Circos- und Synteny-Diagramme	Visuelle Zusammenfassungen der Genomarchitektur und vergleichende Analysen
Bioinformatik Zusammenfassungsbericht	Detaillierte Methoden, Softwareversionen und Pipeline-Beschreibungen

✅ Optionale Zusatzleistungen (Projekt-Upgrades)

Für Projekte, die eine fortgeschrittene Datenanalyse oder maßgeschneiderte Ergebnisse erfordern, bietet CD Genomics die folgenden Upgrade-Optionen an:

Upgrade-Option	Beschreibung
Chromosomenebene Assemblierung	Erreicht durch Hi-C oder BioNano-Scaffolding, das chromosomale Pseudomoleküle liefert.
Funktionelle Genomannotation	Umfasst Genvorhersage, GO/KEGG-Anreicherung, Wiederholungselemente und TE-Anmerkungen.
Vergleichende Genomik-Paket	Umfasst die gesamte Genom-Syntenie, Ortholog-Clusterung und Schätzung der evolutionären Distanz.
Pan-Genom-Konstruktion	Multi-Proben-Assemblierung-Integration, Erkennung struktureller Varianten und gemeinsame/einzigartige Gen-Sets
Epigenom-Integration	Add-On für Methylierungs- oder Histonmodifikationskarten (benötigt kompatible Probenvorbereitung)
GWAS-bereite Datenformatierung	Beinhaltet SNP/INDEL-Erkennung, VCF-Formatierung und Dateien zur Populationsstruktur für GWAS-Pipelines.

Hervorgehobenes Projektübersicht

Artenart	Genomgröße	Contig-Anzahl	Contig N50	Hi-C Verankerungsrate
Pflanze A	1,02 Gb	626	7,15 MB	95,4 %
Pflanze B	793,46 MB	347	34,19 MB	96,1 %
Wassertier A	979,98 MB	513	5,36 MB	97,89 %
Wassertier B	827,62 MB	170	9,88 MB	99,51 %
Säugetier	3,3 Gb	2.658	79,41 MB	98,58 %
Insekt	979,98 MB	513	5,37 MB	97,89 %

Diese hochkontinuierlichen Genome demonstrieren die robuste Assemblierungspipeline von CD Genomics über verschiedene Arten hinweg – von komplexen Pflanzengenomen bis hin zu Chromosomenebenen-Assemblierungen bei Säugetieren und aquatischen Organismen.

Demo-Ergebnisse

Im Folgenden sind repräsentative Datentypen aufgeführt, die während eines typischen de novo Genomsequenzierungsprojekts von Pflanzen oder Tieren unter Verwendung der empfohlenen Illumina + PacBio HiFi + Hi-C-Strategie generiert werden. Die Ergebnisse können je nach Art und Projektumfang variieren.

K-mer distribution plot for genome size and heterozygosity estimation

Abbildung 1: K-mer-Verteilung (Genomuntersuchung)
K-mer-Häufigkeitsdiagramm aus Illumina-Short-Read-Daten (~50×), verwendet zur Schätzung der Genomgröße, der Heterozygotie-Rate und des Wiederholungsgehalts vor der Long-Read-Sequenzierung.

Hi-C chromatin interaction heatmap for chromosome scaffolding validation

Abbildung 2: Hi-C Chromatin-Interaktions-Hitze-Karte
Genomweite Hi-C-Kontaktkarte (100×), die verwendet wird, um Contigs in chromosomale Pseudomoleküle zu ordnen und auszurichten. Ein starkes diagonales Signal bestätigt die korrekte Anordnung.

Abbildung 3: BUSCO-Vollständigkeitsbewertung
Prozentsatz der vollständigen, fragmentierten, duplizierten und fehlenden BUSCO-Gene. Assemblierungen von Referenzqualität erreichen typischerweise >95% vollständige BUSCO-Werte.

Assembly contiguity comparison across sequencing strategies

Abbildung 4: Vergleich der Zusammenbau-Kontinuität
Vergleich der Contig N50-Werte über verschiedene Sequenzierungsstrategien. Der hybride Ansatz, der PacBio HiFi + Hi-C kombiniert, erzielt durchgehend die höchste Kontinuität für Pflanzen- und Tiergenome.

Referenz

Hotaling et al. Hochgenaue lange Reads sind entscheidend, um das Potenzial der Biodiversitätsgenomik zu erschließen. BMC Genomik. 2023. Es tut mir leid, aber ich kann keine Inhalte von externen Links oder spezifischen Dokumenten übersetzen. Wenn Sie den Text hier einfügen, helfe ich Ihnen gerne mit der Übersetzung.

FAQs zur de novo Sequenzierung des gesamten Genoms von Pflanzen/Tieren

Was ist die de novo Sequenzierung des gesamten Genoms von Pflanzen oder Tieren?

Es handelt sich um einen referenzfreien Ansatz zur Rekonstruktion des gesamten Genoms einer Art von Grund auf. Diese Methode ist entscheidend für Arten, die über ein zuverlässiges Referenzgenom verfügen oder solche mit komplexen strukturellen Variationen.

Wann sollte ich die de novo Genomsequenzierung anstelle der Resequenzierung wählen?

Antwort:

Wählen Sie de novo Sequenzierung, wenn:

Es existiert kein hochwertiges Referenzgenom.
Ihre Spezies weist eine erhebliche genomische Vielfalt oder Komplexität auf.
Sie zielen darauf ab, ein Pan-Genom zu erstellen oder die aktuelle Referenzqualität zu verbessern.

Welche Sequenzierungsplattformen werden in Ihrem Service verwendet?

Wir verwenden eine hybride Strategie, die Folgendes kombiniert:

Illumina (für k-mer-basierte Umfragen und Politur)
PacBio HiFi / Oxford Nanopore (zur Erstellung von Langlese-Contigs)
Hi-C (für Chromosomen-niveau Gerüstbildung)

Dieser schichtweise Ansatz maximiert die Kontinuität und Genauigkeit der Montage.

Welche Probenqualität wird benötigt?

Typische Anforderungen umfassen:

Hochmolekulare gDNA
OD260/280 = 1,8–2,0
OD260/230 ≥ 2,0
≥10–15 μg Gesamt-DNA je nach Plattform

Wir stellen auf Anfrage detaillierte Einreichungsrichtlinien zur Verfügung.

Welche Liefergegenstände werde ich erhalten?

Liefergegenstände umfassen:

Hochwertig zusammengebautes Genom (FASTA)
Montagekennzahlen und Qualitätsbericht
Genvorhersage- und funktionale Annotationsdateien
Visuelle Zusammenfassungen (z. B. Genomkreisdiagramme, Syntenie-Diagramme)

Bieten Sie eine nachgelagerte Analyse an?

Ja. CD Genomics bietet fortschrittliche bioinformatische Optionen, einschließlich:

Orthologe Clustering
Phylogenetische Rekonstruktion
Analyse der Genfamilienexpansion
Bewertung der Genom-Syntenie und Kollinearität

Fallstudien zur de novo Sequenzierung des gesamten Genoms von Pflanzen/Tieren

Kundenveröffentlichungshighlight

Fallstudie: Entschlüsselung der m6A-Methylierungsmechanismen in Arabidopsis mittels Whole-Genome de novo Sequenzierung

Journal: Neue Phytologe
Impact Faktor8,3
Veröffentlicht: 2017
DOI: 10.1111/nph.14586

Hintergrund

Als Modellorganismus für die Pflanzen-genetik, Arabidopsis thaliana war entscheidend für die Aufdeckung epigenetischer Regulationsmechanismen. Unter diesen, N6-Methyladenosin (m6A) Die Modifikation von mRNA spielt eine entscheidende Rolle im Wachstum, in der Entwicklung und in den Stressreaktionen von Pflanzen. Die molekularen Komponenten, die diese Modifikation antreiben – sowie ihre funktionale Erhaltung in höheren Pflanzen – sind jedoch noch unvollständig verstanden.

Diese Studie hatte zum Ziel, die genetischen Faktoren zu identifizieren, die für m6A RNA-Methylierung in Arabidopsis durch Integration whole genome de novo Sequenzierung mit zielgerichtete funktionelle GenomikEin zentraler Fokus lag auf dem Verständnis der Rolle von HAKAI, einem konservierten E3 Ubiquitin-Ligaseinnerhalb der Methylierungsmaschinerie.

Materialien & Methoden

Genom-Analyse und Mutanten-Screening:

Arabidopsis thaliana Mutanten mit vermuteten m6A-Methylierungsdefekten wurden aus T-DNA-Insertionsbibliotheken ausgewählt.
Genomisches DNA wurde extrahiert und de novo mit Illumina-Short-Read- und ONT-Long-Read-Plattformen sequenziert, wobei eine hohe Kontinuität und Abdeckung erreicht wurde.
Genomstörungen wurden kartiert und validiert.

m6A-Profilierung:

Totale RNA wurde aus mutanten und Wildtyp-Linien isoliert.
Die Quantifizierung von m6A wurde mittels LC-MS/MS und immunpräzipitationsbasiertem m6A-seq durchgeführt.

Funktionale Validierung:

Komplementationstests wurden verwendet, um die Genfunktion zu überprüfen.
RNA-Seq wurde angewendet, um die transkriptomischen Konsequenzen des Verlusts von HAKAI zu bewerten.

Ergebnisse

Die gesamte De-novo-Sequenzierung des Genoms ermöglichte die genaue Identifizierung von T-DNA-Insertionsstellen, die stören. HAKAI, ein Gen, das eine RING-Domäne E3 Ubiquitin-Ligase kodiert. Der funktionale Verlust von HAKAI reduzierte die globalen m6A-Methylierungslevels erheblich, vergleichbar mit Mutanten von bekannte m6A-Schreiber wie zum Beispiel MTA und FIP37.

Wichtigste Ergebnisse:

Der Verlust von HAKAI führte zu Defekten in der apikalen Dominanz, der Blütezeit und der Embryo-Lebensfähigkeit und phänotypisierte andere Kern-m6A-Komponentenmutanten.
Die Transkriptomanalyse zeigte eine Dysregulation in wichtigen Entwicklungs- und Hormonsignalwegen.
Die Komplementation des HAKAI-Gens stellte sowohl die m6A-Methylierungslevels als auch die normale Entwicklung wieder her.

Fazit

Diese Studie hat gezeigt, dass HAKAI ist ein kritischer Bestandteil des m6A-Methylierungs-Komplexes. In Pflanzen wirken sie neben den kanonischen Methyltransferasen. Der Einsatz von Whole-Genome-De-Novo-Sequenzierung ermöglichte eine präzise Kartierung von Genstörungen und war entscheidend für die Validierung funktionaler Hypothesen in genetisch komplexen Hintergründen.

Der Fall hebt hervor, wie Pflanzen-Whole-Genome-De-Novo-Sequenzierung, gepaart mit epitranskriptomischen und transkriptomischen Werkzeugen, können konservierte regulatorische Mechanismen aufdecken. CD Genomics unterstützt ähnliche Studien, indem es integrierte Genomassemblierung, Methylierungsanalyseund funktionelle Genomik Pipelines für Pflanzenepigenetik und darüber hinaus.

Hochauflösende Genomassemblierung für Pflanzen und Tiere — Kein Referenzgenom erforderlich