Сборка генома ангидробиотического насекомого Polypedilum vanderplanki с использованием данных Illumina и Pacbio

О.С. Козлова, З.И. Абрамова

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

В статье представлена новая версия сборки генома африканского ангидробиотического комара-звонца Polypedilum vanderplanki на основе глубокого секвенирования ДНК, выделенной из клеточной линии Pv11, полученной из эмбриональной массы насекомого. Исходными данными послужили парные прочтения с варьирующей длиной вставки, дополненные ультрадлинными прочтениями по технологии Pacific Biosciences. Показано, что результирующий набор скаффолдов обладает более высокими метриками целостности и полноты, кроме того, позволяет более корректно выполнять предсказание кодирующих последовательностей по сравнению с предыдущей версией сборки генома, что было продемонстрировано на примере белков теплового шока HSP20 и HSP70.

Ключевые слова: Polypedilum vanderplanki, ангидробиоз, секвенирование ДНК, сборка генома

Благодарности. Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной

в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

Литература

  1. Cornette R., Kikawada T. The induction of anhydrobiosis in the sleeping chironomid: Current status of our knowledge // IUBMB Life. – 2011. – V. 63, No 6. – P. 419–429. – doi: 10.1002/iub.463.
  2. Nakahara Y., Watanabe M., Fujita A., Kanamori Y., Tanaka D., Iwata K., Furuki T., Sakurai M., Kikawada T., Okuda T. Effects of dehydration rate on physiological responses and survival after rehydration in larvae of the anhydrobiotic chironomid // J. Insect. Physiol. - 2008. – V. 54, No 8. – P. 1220–1225. – doi: 10.1016/j.jinsphys.2008.05.007.
  3. Watanabe M., Kikawada T., Okuda T. Increase of internal ion concentration triggers trehalose synthesis associated with cryptobiosis in larvae of Polypedilum vanderplanki // J. Exp. Biol. – 2003. – V. 206, Pt. 13. – P. 2281–2286. – doi: 10.1242/jeb.00418.
  4. Ryabova A., Mukae K., Cherkasov A., Cornette R., Shagimardanova E., Sakashita T., Okuda T., Kikawada T., Gusev O. Genetic background of enhanced radioresistance in an anhydrobiotic insect: Transcriptional response to ionizing radiations and desiccation // Extremophiles. – 2017. – V. 21, No 1. – P. 109–120. – doi: 10.1007/s00792-016-0888-9.
  5. Gusev O., Suetsugu Y., Cornette R., Kawashima T., Logacheva M.D., Kondrashov A.S., Penin A.A., Hatanaka R., Kikuta S., Shimura S., Kanamori H, Katayose Y., Matsumoto T., Shagimardanova E., Alexeev D., Govorun V., Wisecaver J., Mikheyev A., Koyanagi R., Fujie M., Nishiyama T., Shigenobu S., Shibata T.F., Golygina V., Hasebe M., Okuda T., Satoh N., Kikawada T. Comparative genome sequencing reveals genomic signature of extreme desiccation tolerance in the anhydrobiotic midge // Nat. Commun. – 2014. – V. 5. – Art. 4784, P. 1–9. – doi: 10.1038/ncomms5784.
  6. Eid J., Fehr A., Gray J., Luong K., Lyle J., Otto G., Peluso P., Rank D., Baybayan P., Bettman B., Bibillo A., Bjornson K., Chaudhuri B., Christians F., Cicero R., Clark S., Dalal R., Dewinter A., Dixon J., Foquet M., Gaertner A., Hardenbol P., Heiner C., Hester K., Holden D., Kearns G., Kong X., Kuse R., Lacroix Y., Lin S., Lundquist P., Ma C., Marks P., Maxham M., Murphy D., Park I., Pham T., Phillips M., Roy J., Sebra R., Shen G., Sorenson J., Tomaney A., Travers K., Trulson M., Vieceli J., Wegener J., Wu D., Yang A., Zaccarin D., Zhao P., Zhong F., Korlach J., Turner S. Real-time DNA sequencing from single polymerase molecules // Science. – 2009. – V. 323, No 5910. – P. 133–138. – doi: 10.1126/science.1162986.
  7. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina         sequence data // Bioinformatics. – 2014. – V. 30, No 15. – P. 2114–2120. – doi: 10.1093/bioinformatics/btu170.
  8. O’Connell J., Schulz-Trieglaff O., Carlson E., Hims M.M., Gormley N.A., Cox A.J. NxTrim: Optimized trimming of Illumina mate pair reads // Bioinformatics. – 2015. – V. 31, No 12. – P. 2035–2037. – doi: 10.1093/bioinformatics/btv057.
  9. Chikhi R., Medvedev P. Informed and automated k-mer size selection for genome assembly // Bioinformatics. – 2014. – V. 30, No 1. – P. 31–37. – doi: 10.1093/bioinformatics/btt310.
  10. Chin C.S., Alexander D.H., Marks P., Klammer A.A., Drake J., Heiner C., Clum A., Copeland A., Huddleston J., Eichler E.E., Turner S.W., Korlach J. Nonhybrid, finished microbial genome assemblies from long-read SMRT sequencing data // Nat. Methods. – 2013. – V. 10, No 6. – P. 563–569. – doi: 10.1038/nmeth.2474.
  11. Ye Ch., Hill C.M., Wu Sh., Ruan J., Ma Zh. (Sam). DBG2OLC: Efficient assembly of large genomes using long erroneous reads of the third generation sequencing technologies // Sci. Rep. – 2016. – V. 6. – Art 31900, P. 1–9. – doi: 10.1038/srep31900.
  12. Kajitani R., Toshimoto K., Noguchi H., Toyoda A., Ogura Y., Okuno M., Yabana M., Harada M., Nagayasu E., Maruyama H., Kohara Y., Fujiyama A., Itoh T. Efficient de novo assembly of highly heterozygous genomes from whole-genome shotgun short reads // Genome Res. – 2014. – V. 24, No 8. – P. 1384–1395. – doi: 10.1101/gr.170720.113.
  13. English A.C., Richards S., Han Y., Wang M., Vee V., Qu J., Qin X., Muzny D.M., Reid J.G., Worley K.C., Gibbs R.A. Mind the gap: Upgrading genomes with Pacific Biosciences RS long-read sequencing technology // PLoS ONE. – 2012. – V. 7, No 11. – Art. e47768, P. 1–12. – doi: 10.1371/journal.pone.0047768.
  14. Wences A.H., Schatz M.C. Metassembler: Merging and optimizing de novo genome assemb­lies // Genome Biol. – 2015. – V. 16. – Art. 207, P. 1–10. – doi: 10.1186/s13059-015-0764-4.
  15. Boetzer M., Henkel C.V., Jansen H.J., Butler D., Pirovano W. Scaffolding pre-assembled contigs using SSPACE // Bioinformatics. – 2011. – V. 27, No 4. – P. 578–579. – doi: 10.1093/bioinformatics/btq683.
  16. Nadalin F., Vezzi F., Policriti A. GapFiller: A de novo assembly approach to fill the gap within paired reads // BMC Bioinf. – 2012. – V. 13, Suppl. 14. – Art. S8, P. 1–16. – doi: 10.1186/1471-2105-13-S14-S8.
  17. Grabherr M.G., Haas B.J., Yassour M., Levin J.Z., Thompson D.A., Amit I., Adiconis X., Fan L., Raychowdhury R., Zeng Q., Chen Z., Mauceli E., Hacohen N., Gnirke A., Rhind N., di Palma F., Birren B.W., Nusbaum C., Lindblad-Toh K., Friedman N., Regev A. Full-length transcriptome assembly from RNA-seq data without a reference genome // Nat. Biotechnol. – 2011. – V. 29, No 7. – P. 44–52. – doi: 10.1038/nbt.1883.
  18. Kent W.J. BLAT – the BLAST-like alignment tool // Genome Res. – 2002. – V. 12, No 4. – P. 656–664. – doi: 10.1101/gr.229202.
  19. Xue W, Li J.T., Zhu Y.P., Hou G.Y., Kong X.F., Kuang Y.Y., Sun X.W. L_RNA_scaffolder: Scaffolding genomes with transcripts // BMC Genomics. – 2013. – V. 14. – Art.  604, P. 1–14. – doi: 10.1186/1471-2164-14-604.
  20. Gurevich A., Saveliev V., Vyahhi N., Tesler G. QUAST: Quality assessment tool for genome assemblies // Bioinformatics. – 2013. – V. 29, No 8. – P. 1072–1075. – doi: 10.1093/bioinformatics/btt086.
  21. Simão F.A., Waterhouse R.M., Ioannidis P., Kriventseva E.V., Zdobnov E.M. BUSCO: Assessing genome assembly and annotation completeness with single-copy orthologs // Bioinformatics. – 2015. – V. 31, No 19. – P. 3210–3212. – doi: 10.1093/bioinformatics/btv351.
  22. Li X., Waterman M.S. Estimating the repeat structure and length of DNA sequences using L-tuples // Genome Res. – 2003. – V. 13, No 8. – P. 1916–1922. – doi: 10.1101/gr.1251803.
  23. Mazin P.V., Shagimardanova E., Kozlova O., Cherkasov A., Sutormin R., Stepanova V.V., Stupnikov A., Logacheva M., Penin A., Sogame Y., Cornette R., Tokumoto S., Miyata Y., Kikawada T., Gelfand M.S., Gusev O. Cooption of heat shock regulatory system for anhydrobiosis in the sleeping chironomid Polypedilum vanderplanki // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. – 2018. – V. 115, No 10. – P. E2477–E2486. – doi: 10.1073/pnas.1719493115.
  24. Kozlova O., Cherkasov A., Przhiboro A., Shagimardanova E. Complexity of expression control of HSP70 genes in extremophilic midges // BioNanoScience. – 2016. – V. 6, No 4. – P. 388–391. – doi: 10.1007/s12668-016-0256-3.

Поступила в редакцию

06.03.18

 

Козлова Ольга Сергеевна, аспирант кафедры биохимии и биотехнологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: olga-sphinx@yandex.ru

Абрамова Зинаида Ивановна, доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии и биотехнологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: ziabramova@mail.ru

 

Для цитирования: Козлова О.С., Абрамова З.И. Сборка генома ангидробиотического насекомого Polypedilum vanderplanki с использованием данных Illumina и Pacbio // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 2. – С. 214–226.

For citation: Kozlova O.S., Abramova Z.I. Assembly of anhydrobiotic midge Polypedilum vanderplanki genome using Illumina and PacBio data. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2018, vol. 160, no. 2, pp. 214–226. (In Russian)

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.