Was ist Telomere-zu-Telomere-Sequenzierung?

Was ist ein Telomer?

Telomere sind entscheidende Strukturelemente, die sich an den Enden linearer Chromosomen in eukaryotischen Organismen befinden. Diese spezialisierten Regionen spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität und Stabilität der Chromosomen. Das telomerische DNA besteht aus einfachen, aber hochrepetitiven DNA-Sequenzen, die aufgrund ihrer komplexen Natur Herausforderungen bei der Assemblierung darstellen.

Zahlreiche Forschungsergebnisse unterstreichen die Bedeutung von Telomeren in der Zell-Dynamik. Mit jeder Zellteilung in neuen Zellen verkürzt sich das Telomer am chromosomalen Ende. Sobald diese Verkürzung einen kritischen Punkt erreicht, verliert die Zelle ihre Fähigkeit, sich weiter zu teilen. Folglich bezeichnen Wissenschaftler Telomere als die "Uhr des Lebens" und erkennen ihre entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Lebensdauer von Zellen an.

Was ist das Telomere-to-Telomere (T2T) Genom?

Die Ankunft von Langzeit-Sequenzierungstechnologie, insbesondere die kraftvolle Kombination von hochpräzise PacBio HiFi-Sequenzierung und die erweiterte Kontinuität, die von ONT ultra-lange Sequenzierunghat erfolgreich die herausfordernden Zusammenbauprobleme im Zusammenhang mit mitotischen oder hochrepetitiven genomischen Regionen angegangen. Dieser Durchbruch hat die Kontinuität und Integrität der Chromosomen erheblich verbessert und den Grundstein für die Schaffung von Telomere-to-Telomere (T2T) Genomen gelegt.

Im Wesentlichen zielt ein T2T-Genom darauf ab, eine hochqualitative genomische Sequenz zu erreichen, die von einem Telomer zum anderen reicht und durch außergewöhnliche Genauigkeit, Kontinuität und Integrität gekennzeichnet ist.

Ein bemerkenswerter Meilenstein in diesem Bestreben ist die Veröffentlichung des menschlichen T2T-CHM13. von Neuem Genom, das effektiv kritische Lücken in der genomischen Landschaft schließt.

Bitte lesen Sie unseren Artikel. Das vollständige T2T-Genom durch Sequenzierung eröffnet die Tür zur postgenomischen Ära. für weitere Informationen.

Die vollständige T2T-CHM13-Menschen-Genomassemblierung (Nurk S et al., 2022)

Dies umfasst die umfassende Darstellung der mitotischen Satellitenarrays, der proximalen Wiederholungsregion und der kurzen Arme der fünf telocentrischen Chromosomen. Das Entschlüsseln dieser komplexen genomischen Regionen ist entscheidend für die Durchführung von mutationalen und funktionalen Studien. Die vollständige Karte des menschlichen Genoms Das Ergebnis dieser Bemühungen umfasst die Hinzufügung oder Korrektur von 238 Mb Sequenz, wobei 182 Mb völlig neu sind, sowie die Annotation von 2.226 neuen Genen. Folglich hat diese Verfeinerung zur Eliminierung von Zehntausenden von falsch-positiven Varianten in jeder Probe geführt, wodurch die falsch-positiven Ergebnisse in 269 medizinisch relevanten Gentests um über 90 % reduziert wurden.

Eine detaillierte Analyse der mitogenassoziierten Sequenzen hat eine überzeugende Korrelation zwischen dem Standort des Mitogens und der Evolution der schichtigen Wiederholungsverstärkung in der umgebenden DNA aufgedeckt. Darüber hinaus zeigen Vergleiche von X-Chromosomen-Mito-Plasten verschiedener Individuen einen bemerkenswerten Grad an struktureller, epigenetischer und Sequenzvariation innerhalb dieser komplexen und sich schnell entwickelnden genomischen Regionen.

Wir verfolgen auch die Fortschritte in der T2T-Genomforschung für andere Arten genau. Um mehr zu erfahren, lesen Sie bitte unsere Artikel.

• Das vollständige Referenzgenom von Reis Nipponbare
• Die De-novo-Sequenzierung von Pilzgenomen fördert die Entdeckung und Forschung von pflanzenpathogenen Pilzen.
• Human Pangenome Reference Consortium veröffentlicht Daten von 30 Genomen

Warum ist die T2T-Genomassemblierung so herausfordernd?

Die Komplexität der T2T-Genomassemblierung resultiert aus der komplizierten Natur genomischer Strukturen, was eine Abhängigkeit von drei Generationen der Sequenzierungstechnologie erforderlich macht—insbesondere, PacBio HiFi, ONT ultra-langund Hi-C-Sequenzierungstechnologien. Die Integration der Hi-C-Technologie ist entscheidend für den Erwerb der relativen Positionsinformationen von Genen auf dem Chromosom, was die Vollständigkeit der genomweiten Assemblierung auf chromosomaler Ebene erleichtert. Bei der Navigation durch komplexe Regionen werden manuelle Anpassungen mit umfangreicher Erfahrung in der Assemblierung unerlässlich, was letztendlich zu einer hochwertigen T2T-Referenzgenomsequenz führt.

Trotz dieser Fortschritte bestehen erhebliche Herausforderungen, insbesondere beim Lesen durch lange, sich wiederholende und mitotische Regionen in bestimmten Arten. Im Fall der neuen Ergebnisse des menschlichen Genoms besteht die Strategie darin, die Sequenzierung von zwei unterschiedlichen X-Chromosomen in normalen menschlichen Zellen zu vermeiden. Stattdessen wird die Komplexität, die mit der Zusammenstellung von zwei Haplotypen eines diploiden Genoms verbunden ist, umgangen, indem eine haploide Zelllinie verwendet wird, die aus einer schwangeren menschlichen Person abgeleitet ist und zwei identische X-Chromosomen aufweist.

Bitte beziehen Sie sich auf unseren Artikel. Erfolgreiche Entschlüsselung des Y-Chromosoms: Ein Meilenstein im Entwirren des menschlichen Genoms für weitere Informationen.

Die direkte Zuordnung von stark duplizierten Chromosomenregionen in diploiden normalen Menschen erfordert weitere Untersuchungen und umfassendere Assemblierungen. Dies gilt insbesondere für andere, weniger gut untersuchte Arten als das menschliche Genom, bei denen die Zusammenstellung von mitotischen Körnern und die Behebung von Assemblierungs-Lücken, die durch hochgradig repetitive Regionen verursacht werden, noch größere Herausforderungen darstellen. Folglich ist es notwendig, eine vollständige und hochwertiges T2T-Genom Für eine Art bleibt es eine gewaltige Aufgabe.

Haplotyp-resolviertes T2T-Genom-Assembly

Aktuelle Methoden zur Genomassemblierung häufige Unterschiede zwischen homologen Chromosomen übersehen, was zur Schaffung von chimären Sequenzen führt, die aus beiden elterlichen Chromosomen amalgamiert sind.

Für spezifische diploide Arten, wie Hybriden oder solche, die durch hohe genomische Heterozygotie gekennzeichnet sind, sowie für polyploide Arten, ist der Einsatz von Haplotyp-Genomassemblierung wird wesentlich. Dieser Ansatz ermöglicht die Extraktion genetischer Informationen aus beiden elterlichen Quellen, wodurch das Studium der asymmetrischen Evolution von Subgenomen und die Erforschung von Ausdrucksunterschieden zwischen Haplotyp-Allelen ermöglicht wird. Dieses differenzierte Verständnis bildet die Grundlage für robustere Untersuchungen zu Resequenzierung, Merkmalslokalisierung, Evolution, Genfunktion, Genbearbeitung und anderen nachfolgenden Forschungsanstrengungen.

CD Genomics T2T Haplotyp-Genom-Sequenzierungsdienst

Nutzen von PacBio HiFi-Sequenzierungsdaten, CD Genomics nutzt Hi-C und Nanopore-Ultra-Long-Sequenzierung um die Haplotype-Typisierung zu erleichtern. Durch den Einsatz von HIC und kmer-Clustering schließen wir sorgfältig chimäre Assemblierungen aus und gewährleisten die genaue Zerlegung des Haplotyp-Genoms der Art. CD Genomics führt weitere Optimierungen durch, indem es die zusammengestellten Lücken schließt, Telomere und Filamente identifiziert und letztendlich die Erstellung eines haplotyp-resolvierten T2T-Genoms erreicht.

Um die Präzision der Genomassemblierung zu bewerten, ist eine umfassende Bewertung der Assemblierungsqualität, insbesondere der Genauigkeit der Haplotyptrennung, nach Abschluss unerlässlich. Dazu gehören die Validierung von Subphasen, die Bewertung der Genauigkeit der Haplotyp-Genotypisierung (Wechsel-Fehler), die BUSCO-Integritätsbewertung und die Kovarianzanalyse zwischen den Haplotypen. Dieser Prozess verwendet eine flexible und anpassungsfähige Assemblierungsmethode, die durch ein sorgfältiges Bewertungsprotokoll für Haplotyp-Genome ergänzt wird.

Darüber hinaus wird eine strenge Qualitätsbewertung der Assemblierung durchgeführt, um die Genauigkeit der Lückenfüllung nach der Genomtypisierung zu bewerten. Dies umfasst die Überprüfung der Kontinuität der Assemblierung (Anzahl der Lücken pro Chromosom) und der Konsistenz (Vergleichsrate von NGS und Langzeit-Sequenzierungsdaten), Vollständigkeit (BUSCO-Bewertung), Genauigkeit (QV-Werte des gesamten Genoms und jedes Chromosoms), Identifizierung von Telomer- und Filamentsequenzen sowie Vergleichsanalyse der Kovarianz mit historisch zusammengestellten Versionen derselben Art. Diese umfassende Bewertung gewährleistet die Zuverlässigkeit und Präzision unserer Gap-Filling-Prozesse im Kontext von Haplotyp-Genomen.

Anwendung von T2T Haplotyp-Genomsequenzierungsdiensten

Entdecken Sie die Vielseitigkeit unserer T2T Haplotype Genomsequenzierungsdienste in verschiedenen Szenarien, einschließlich Subgenomvergleichen, Studien zu spezifischen Insertionen/Deletionen, Variationen in der Genanzahl, unterschiedlichen Methylierungsgraden, Variationen in Gennetzwerken sowie der Herkunft und Evolution von polyploiden Arten.

• Freischaltung des Potenzials für die molekulare Zuchtberatung im downstream Bereich

Unsere T2T-Haplotyp-Genom-Sequenzierungsdienste ermöglichen präzise genomische Bearbeitungen für komplexe Arten und bieten wertvolle Einblicke für nachgelagerte molekulare Zuchtinitiativen.

• Eintauchen in die Theorien der Hybridvigors

Erforschen und verstehen Sie die Theorien hinter dem hybriden Vitalität, indem Sie die genetischen Feinheiten der Vorteile gemischter Arten durch unsere umfassende Haplotyp-Genom-Sequenzierung entschlüsseln.

• Untersuchen von allelspezifischen Expressionsmustern (ASE)

Unsere Dienstleistungen ermöglichen umfassende Studien zu allelspezifischen Expressionsmustern und beleuchten die einzigartigen regulatorischen Mechanismen, die die Genexpression steuern.

• Vergleichende Selektionsdruckanalyse (Ka/Ks)

Bewerten Sie Selektionsdrücke, indem Sie Ka/Ks-Verhältnisse vergleichen und dabei wichtige Einblicke in die evolutionären Kräfte gewinnen, die die genetische Vielfalt innerhalb komplexer Arten formen.

• Subgenomvergleiche

Entdecken Sie die Nuancen von Subgenomvariationen durch sorgfältige Vergleiche, um ein umfassendes Verständnis der genomischen Strukturen zu ermöglichen.

• Untersuchung spezifischer Einfügungen/Löschungen und anderer Mutationen

Unsere Dienstleistungen bieten eine detaillierte Untersuchung spezifischer Einfügungen, Löschungen und anderer Mutationen und entschlüsseln die genetischen Variationen, die zur Artenvielfalt beitragen.

• Vergleichende Genanzahlanalyse

Analysieren Sie die Unterschiede in der Genanzahl zwischen verschiedenen Arten, um Einblicke in die genetischen Faktoren zu gewinnen, die zu artspezifischen Merkmalen und Eigenschaften beitragen.

• Vergleich der differentiellen Methylierungsniveaus

Untersuchen Sie Variationen in den DNA-Methylierungsniveaus und erläutern Sie. epigenetische Unterschiede die eine entscheidende Rolle bei der Genregulation und -expression spielen.

• Unterschiede in der Regulierung von Gen-Netzwerken

Verstehen Sie die Unterschiede in der Regulierung von Gen-Netzwerken durch vergleichende Analysen, die wertvolle Informationen über das komplexe Zusammenspiel von Genen innerhalb einer Art liefern.

• Polyploide Herkunft und Evolution

Unsere Dienstleistungen befassen sich mit dem Ursprung und der evolutionären Geschichte von polyploiden Arten und entwirren die komplexen genetischen Ereignisse, die ihre Existenz geprägt haben.

• Ahnenquelle und evolutionäre Entwicklungslinie

Verfolgen Sie die ancestralen Quellen und evolutionären Trajektorien komplexer Arten, um Einblicke in ihre evolutionäre Geschichte und genetisches Erbe zu gewinnen.

Referenz:

1. Nurk S, Koren S, Rhie A, et al. Die vollständige Sequenz eines menschlichen Genoms. Science, 2022, 376(6588): 44-53.