全基因體擴增技術定序無法培養的物種: 揭秘海洋線蟲的基因體多樣性
摘要
相對於與植物、動物及人類健康相關的寄生性線蟲和模式物種Caenorhabditis elegans，腐生性線蟲的基因體研究較為有限。這些較早分化出的腐生線蟲主要生活在海洋環境中。由於海洋線蟲的培養困難，本院多樣性研究中心的蔡怡陞研究員與團隊因此開發了一套獨特的定序方法專為單一線蟲基因體設計。利用全基因體擴增技術 (Whole genome amplification)，結合了長片段定序技術和轉錄體的擴增，成功組裝出13種海洋線蟲的基因體。分析結果確定了線蟲的共同祖先分支和海洋為線蟲的起源地。該實驗流程可以提供進一步將該技術應用於其他生物的建議。此論文已於112年8月在《核酸研究》(Nucleic Acids Research; IF 14.9) 出版。
內文
相對於與植物、動物及人類健康相關的寄生性線蟲和模式物種Caenorhabditis elegans，腐生性線蟲的基因體研究較為有限。然而，多數的腐生線蟲均屬於線蟲進化樹上較早演化出的分支。透過比對這些較早分化的腐生線蟲與其他線蟲的基因體，我們可以深入探討線蟲的進化，進一步確定其共同祖先及基因體多樣性。
這些較早分化出的腐生線蟲主要生活在海洋環境中。由於海洋線蟲的培養困難，本院多樣性研究中心的蔡怡陞研究員與團隊因此開發了一套獨特的定序方法專為單一線蟲基因體設計。利用全基因體擴增技術 (Whole genome amplification)，成功將單一線蟲的基因體進行擴增，使之達到全基因體定序的要求。研究結合了長片段定序技術和轉錄體的擴增，成功組裝出可用的基因體和進行基因體註解。該團隊進一步分析了全基因擴增技術可能帶來的定序深度不均、污染和迴文片段的問題。通過定序13種海洋線蟲，我們確定了線蟲的共同祖先分支和海洋為線蟲的起源地。海洋線蟲的基因體大小和已知線蟲的基因體有所不同，其基因中的內含子(intron)數量和分佈也較少且較長。
此外，該實驗流程不僅適用於海洋線蟲，還可以應用於其他難以培養或獲得的線蟲基因體。通過組裝更多線蟲的基因體，我們將能夠更深入地了解線蟲的演化。藉由全基因體增幅技術的分析，我們還可以提供進一步將該技術應用於其他生物的建議。此論文已於112年8月在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上線出版。
本研究得到本院前瞻計畫和國科會的支持，第一作者是TIGP生物多樣性學程的李宜謙。研究中協助者為生物多樣性研究中心的李昕翰、劉育菁、東吳大學的柯惠棉助理教授、日本東京大學的菊地泰生教授、細胞與個體生物學研究所的王敏真博士和曾庸哲助研究員。
論文全文-Single-worm long-read sequencing reveals genome diversity in free-living nematodes
詳見: https://doi.org/10.1093/nar/gkad647
