解密西部围栏蜥蜴：史上最大爬行动物基因图谱问世！

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编从所在的地球生物基因组计划（EBP）网络获悉，一项由Anusha P Bishop等科学家合作完成的研究在去年年底的《Journal of Heredity》上发表，题为《迄今为止最大的有鳞爬行动物基因组组装：西部围栏蜥》。该研究报告了西部围栏蜥（Sceloporus occidentalis）的最新基因组组装，这一成果是“加利福尼亚保育基因组计划”（California Conservation Genomics Project，CCGP）的一部分。科学家们运用太平洋生物科学公司的HiFi长读取和Hi-C染色质接近测序技术，成功拼装了包含608个支架的基因组，总长度达2,856 Mb，contig N50为18.9 Mb，支架N50为98.4 Mb，BUSCO完整性评分高达98.1%。为助力全球环境治理、并供我国学者了解最新研究动态信息，编译分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。

西部围栏蜥的生态奥秘揭晓

西部围栏蜥（Sceloporus occidentalis）是一种在美国西部广泛分布的爬行动物。它们的踪迹广布，从华盛顿州到墨西哥的加利福尼亚州北部，再到美国犹他州中部，都可以找到它们的身影。这些灵活的蜥蜴可在各种各样的生境中生存，包括草地、灌木丛、草原、开放的针叶林、城市庭院和农田等等。从海平面到高达3,350米的海拔范围内，西部围栏蜥都可见踪迹。由于其广泛的分布、本地种群的丰富以及易于观察的特点，一直以来，西部围栏蜥都是行为学、热生理学和食物生态学等领域的理想研究对象，也是北美最受关注的蜥蜴之一。

利用西部围栏蜥的照片（A）生成基因组参考图，并根据《爬行动物分布的全球评估》（Roll等，2017）的数据，制作了西部围栏蜥的分布地图（B）。图中圆圈标示了基因组标本的采集位置。西部围栏蜥栖息于多种生境中，从山地混合针叶林（C）到开阔的林地和草地（D），再到沿海灌木丛（E）。请注意图E前景中躺在原木上晒太阳的西部围栏蜥。图片来源：Anusha P Bishop等人

尽管西部围栏蜥能在各种地方生存，但因为它们体型小、受温度变化影响大，所以对环境变化格外敏感。研究发现，气候变化可能导致这种蜥蜴的数量大幅减少。此外，城市发展、土地利用变化和栖息地变得零散也经常对西部围栏蜥的数量产生影响。这项研究为我们更好地了解动物如何应对环境和气候变化提供了重要的遗传信息。

作为加利福尼亚保育基因组计划的一部分，这项研究呈现了西部围栏蜥首次的基因组组装。这一新的基因图谱将有助于深入了解西部围栏蜥在生态和进化动态中的作用，以及加利福尼亚特有岛屿围栏蜥（S. becki）的物种地位和这种蜥蜴的辐射演化。

研究方法和结论

该研究使用了先进的基因组学技术，以及来自加州大学伯克利分校动物保健和使用委员会批准的科研方案，从加利福尼亚州优胜美地国家公园的一个成年雄性蜥蜴样本中提取了高质量的基因组DNA。

在DNA提取后，科学家们利用太平洋生物科学公司的HiFi长读取技术和Hi-C染色质接近测序技术，成功构建了包含608个支架的基因组。这一基因图谱总长度达2,856 Mb，具有卓越的连续性和完整性。HiFi SMRTbell文库的构建以及Illumina NovaSeq平台上的Omni-C文库的测序，为研究提供了高质量的数据支持。这个研究团队还通过基因组大小估算、质量评估和BUSCO（Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs）分析等手段，对基因组进行了全面的评价。

Omni-C和PacBio HiFi测序库产生了分别包含290 million read pairs和5.3 million reads的海量数据，其中PacBio HiFi测序更是以卓越的质量为基因组提供了29.94倍的覆盖。通过GenomeScope2.0对基因组大小的估算，研究人员得知PacBio HiFi读取的测序错误率为0.168%，核苷酸杂合率为0.521%。这为后续基因组装提供了坚实的数据基础。

最终的基因组装（rSceOcc1）呈现出两个伪单倍体，分别是主要和备用基因组。主要基因组的大小与GenomeScope2.0的估算值相当，为2.8 Gb，包含了608个支架，contig N50为18.9 Mb，scaffold N50为98.4 Mb。备用基因组稍大，约为3.2 Gb。两者的详细组装统计可在Table 2中查阅。主要基因组的BUSCO完整性评分为98.1%，备用基因组为98.3%。通过对备用基因组进行SALSA的检测和修正，研究团队成功关闭了9个缺口，同时识别并清除了2处错装。此外，还发现了34个与线粒体污染相关的contigs，得以成功移除。

该研究团队并未止步于基因组装的工作，还通过MitoHiFi成功组装了西部围栏蜥的线粒体基因组，大小为14,426 bp。这一成果为更深入地了解西部围栏蜥的遗传特征提供了重要的参考，为生态学、进化生物学和保育生物学等多领域的研究奠定了坚实的基础。

由于西部围栏蜥在加利福尼亚的多个生物群落中都是重要“成员”，所以，这一研究成果也将为加州的栖息地保护、以及生物多样性保护提供有力支持。这一突破性的科研成果为深入了解这一重要物种奠定了基础，也为未来的生态学、保育生物学和进化生物学研究提供了丰富的资源。感兴趣的“海洋与湿地”读者可以参看这项研究的全文。

海洋与湿地·小百科

【加利福尼亚保育基因组计划】

加利福尼亚保育基因组计划（California Conservation Genomics Project，简称为CCGP）一个融合保育科学和基因组学的前瞻性项目，旨在通过前沿技术和专业知识，为加利福尼亚州的生物多样性保护提供强有力的支持。作为由来自加利福尼亚州各地的100多位保育科学家组成的联盟，这个由美国加州政府资助的倡议有着明确的目标：创建有史以来最全面、多物种的基因组数据集，以助力管理地区生物多样性。CCGP集结了许多加利福尼亚州领先的专家，他们在基因组学和保育科学的交叉领域工作，旨在为决策者提供尖端的基因组资源和分析工具。这些资源将在物种急速下降的情况下，为保护决策提供支持。

这个计划的核心理念是利用最先进的基因组学技术，通过多层面的数据集，深度了解加利福尼亚地区生物的基因组特征。CCGP致力于构建一个包含多种物种的综合基因组数据，这将为科学家们提供全面的遗传信息，有助于更好地了解物种的适应性、遗传多样性和进化历程。

【基因组组装】

基因组组装（Genome assembly）是一种生物信息学技术，旨在通过将DNA测序产生的短片段按照其在基因组中的正确顺序组装，还原出生物体的完整基因组结构。这项工作通过计算机算法和生物信息学工具，利用测序片段之间的相互重叠等特征，将碎片有序地组合成更长、更完整的序列，对基因组学、生物多样性保护等领域具有广泛应用。

【HiFi技术】

HiFi是指高保真（High Fidelity）测序技术，在基因组学、变异分析等领域得到广泛应用，为深入探究生物基因组提供了卓越的工具支持。本研究中所用HiFi技术由Pacific Biosciences（PacBio）公司研发。作为第三代测序平台的核心技术，HiFi利用Single Molecule, Real-Time Sequencing（SMRT Sequencing）监测单个DNA分子的实时合成过程，以其高准确性和长读长的特性脱颖而出。这种测序技术的读长一般能达到好几万个碱基，比起传统方法有明显的提升，尤其是在处理基因组里复杂结构的地方更是强大。它的错误率很低，能够增强测序结果的可信度，特别是在应对那些重复序列等难搞的地方，表现得特别出色。

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新闻源 | 遗传学期刊

编译 |王芊佳

审核 | Maggie

排版 | Maggie

参考资料略