染色体级别莱氏衣藻基因组组装 及CRISPR/Cas9基因编辑产生的染色体易位结构分析

2022年11月17日，华盛顿大学圣路易斯分校Susan K. Dutcher课题组在植物学重要期刊 Plant Communications在线发表题为“A gap-free genome assembly of Chlamydomonas reinhardtii and detection of translocations induced by CRISPR-mediated mutagenesis”的研究文章。该研究组装和分析了染色体级的莱氏衣藻基因组，并研究了Crisper/Cas9在基因敲除过程中产生的染色体易位。本论文为研究莱氏衣藻功能基因和合成生物学提供了重要的基因组数据。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100493

莱氏衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）作为单细胞绿藻，具有17条染色体，基因组大小接近120 Mb。 莱氏衣藻是研究光合作用、有性生殖和生产生物燃料的模式生物。之前的研究组装了莱氏衣藻的基因组，含有超过1500个 contig，并且有接近 2 Mb的序列没有完成组装。所以，为了更好地研究该重要模式作物，组装一个染色体级别的莱氏衣藻显得尤为重要。

在本研究中，作者使用HiFi和Nanopore测序数据，并利用多种组装策略，得到了CC-5816植株的染色体级别基因组，这个参考基因组包含了17个scaffold，分别对应17条染色体（图１）。作者用组装的高质量基因组和之前的组装结果进行了比较分析，发现之前的参考序列缺少了11号和15号染色体的重复区域。此外，本研究还发现了高度甲基化的着丝粒区域，以及线粒体和叶绿体DNA序列在基因组上的插入。

图1. 莱氏衣藻的基因组分析

高质量的基因组为分析染色体结构变异提供了支撑。作者利用Crisper/Cas9技术敲除莱氏衣藻的PF23基因，该基因的敲除导致植物无法进行有丝分裂（图２）。这一严重的生长缺陷表型，说明该敲除产生了严重的染色体变异。利用组装的高质量基因组和测序数据，研究发现在该敲除过程中产生了染色体的易位，11号染色体和５号或者３号染色体发生了错误的连接（图３）。

图 2. PF23基因的Crisper/Cas9敲除

图 3. 基因敲除产生的染色体结构变异分析

综上，本研究组装了染色体级别的莱氏衣藻基因组，为该物种的功能基因研究、染色体结构变异研究和合成生物学研究等提供了重要的基因组数据。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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