冠冕守宮（Correlophus ciliatus）的染色體級基因組組裝和註釋：一種無法再生尾巴的蜥蜴

核心概念

本文報導了冠冕守宮（一種無法再生尾巴的蜥蜴）的染色體級基因組組裝和註釋，為研究壁虎尾巴再生能力喪失的遺傳機制提供了寶貴資源。

摘要

研究論文摘要

書目資訊

Mallary, M., Lovelace, T.P., Pasquesi, Z. et al. Chromosome-level genome assembly and annotation of the crested gecko, Correlophus ciliatus, a lizard incapable of tail regeneration. Gigabyte 2, 1 (2023). https://doi.org/10.46471/gigabyte.80

研究目標

本研究旨在對冠冕守宮進行基因組測序、組裝和註釋，以研究壁虎尾巴再生能力喪失的遺傳機制。

研究方法

• 從單個冠冕守宮雌性胚胎中提取基因組 DNA。
• 使用 PacBio Sequel II 平台進行基因組測序。
• 使用 Hifiasm 軟體進行基因組組裝。
• 使用 Dovetail Omni-C 技術進行染色體級支架。
• 使用 RepeatModeler 和 RepeatMasker 進行重複序列註釋。
• 使用 AUGUSTUS、SNAP 和 MAKER 進行基因預測和註釋。
• 使用 BUSCO 評估基因組組裝的完整性。

主要發現

• 冠冕守宮的基因組大小約為 1.65 Gb，GC 含量為 45%。
• 基因組組裝的 contig N50 為 109 Mb，最大的支架長度為 169 Mb。
• 基因組中約 40.41% 為重複序列。
• 預測到總共 30,780 個蛋白質編碼基因。
• BUSCO 分析表明基因組組裝具有高度完整性 (99.6%)。

主要結論

冠冕守宮的染色體級基因組組裝為研究壁虎尾巴再生能力喪失的遺傳機制提供了寶貴資源。其易於飼養、繁殖能力強以及與可再生尾巴的近緣種雜交的可能性，使其成為研究此現象的理想模型生物。

研究意義

這項研究為了解壁虎尾巴再生的遺傳基礎提供了重要的基因組資源，並為比較基因組學研究鋪平了道路，以闡明尾巴再生能力喪失的進化和分子機制。

研究限制和未來方向

未來的研究可以集中於將冠冕守宮的基因組與其他可再生尾巴和不可再生尾巴的壁虎物種進行比較，以確定與尾巴再生相關的特定基因和調控元件。此外，功能研究對於驗證候選基因在尾巴再生中的作用至關重要。

統計資料

冠冕守宮的基因組大小約為 1.65 Gb。
基因組組裝的 contig N50 為 109 Mb。
基因組中約 40.41% 為重複序列。
預測到總共 30,780 個蛋白質編碼基因。
BUSCO 分析表明基因組組裝具有高度完整性 (99.6%)。

引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

Chromosome-level genome assembly and annotation of the crested gecko, Correlophus ciliatus, a lizard incapable of tail regeneration

by Gumangan,M.,... 於 www.biorxiv.org 09-30-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.28.615630v1

深入探究

如何利用冠冕守宮的基因組數據來開發促進其他動物（包括人類）組織再生的策略？

冠冕守宮基因組數據提供了一個獨特的機會，可以研究導致尾巴再生能力喪失的遺傳機制，並可能利用這些知識來開發促進其他動物（包括人類）組織再生的策略。以下是一些具體方法：

比較基因組學： 通過將冠冕守宮的基因組與其他具有再生能力的壁虎物種（如豹紋守宮）進行比較，研究人員可以識別出與尾巴再生相關的基因和基因調控區域的差異。這些差異可能包括基因丟失、突變或基因表達模式的改變。
功能基因組學： 一旦確定了候選基因，就可以使用基因編輯技術（如 CRISPR-Cas9）在細胞培養或模式生物（如斑馬魚或小鼠）中進行功能研究。這些研究可以幫助驗證這些基因在尾巴再生中的作用，並闡明它們參與的分子途徑。
轉錄組學和蛋白質組學： 通過分析冠冕守宮在尾巴截肢後不同時間點的基因表達和蛋白質丰度，研究人員可以識別出參與傷口癒合和組織再生的關鍵基因和信號通路。
藥物開發： 基於對冠冕守宮基因組和功能研究的發現，可以開發針對特定基因或信號通路的藥物，以促進其他動物的組織再生。例如，可以開發藥物來激活參與尾巴再生的基因，或抑制阻礙再生的基因。

總之，冠冕守宮基因組數據為開發促進組織再生的策略提供了寶貴的資源。通過結合比較基因組學、功能基因組學、轉錄組學和蛋白質組學等方法，研究人員可以深入了解尾巴再生的分子機制，並利用這些知識開發新的治療方法。

冠冕守宮基因組中是否存在任何獨特的適應性，可能與其尾巴再生能力的喪失有關？

雖然冠冕守宮基因組數據才剛開始被分析，但確實存在一些有趣的特徵，可能與其尾巴再生能力喪失有關。

基因丟失或突變: 與其他可再生尾巴的壁虎相比，冠冕守宮基因組中可能缺失或突變了一些對再生至關重要的基因。這些基因可能參與細胞增殖、分化、遷移或形成再生芽基等過程。
調控元件的改變: 即使一些再生相關基因仍然存在，它們的調控區域也可能發生了改變，導致基因表達的時間、地點或水平出現差異，從而影響再生能力。
轉座子的影響: 轉座子是基因組中可以移動的 DNA 序列，它們的插入或跳躍可能會破壞基因功能或改變基因調控。冠冕守宮基因組中轉座子的分佈和活性可能與其再生能力喪失有關。
與免疫系統相關基因的變化: 一些研究表明，免疫系統在組織再生中起著重要作用。冠冕守宮基因組中與免疫反應相關的基因可能發生了變化，導致其再生能力下降。

需要進一步的研究來確定這些基因組特徵是否與冠冕守宮尾巴再生能力喪失直接相關，以及它們背后的分子機制。

研究像冠冕守宮這樣非典型模型生物的基因組，如何挑戰我們對生物學基本過程的理解？

研究像冠冕守宮這樣非典型模型生物的基因組，可以挑戰我們對生物學基本過程的理解，並提供新的見解。

揭示生物多樣性: 大多數模式生物都經過精心挑選，因為它們易於在實驗室環境中飼養和繁殖。然而，這些物種僅代表了生命之樹的一小部分。研究非典型模型生物可以揭示生物多樣性，並幫助我們了解生物體如何適應不同的環境和進化壓力。
發現新的基因和通路: 非典型模型生物可能具有獨特的基因和通路，這些基因和通路在傳統模式生物中不存在或未被充分研究。例如，冠冕守宮基因組的研究可能會揭示新的參與組織再生的基因或通路。
挑戰現有假設: 非典型模型生物的研究結果可能會挑戰我們對生物學基本過程的現有假設。例如，冠冕守宮尾巴再生能力的喪失表明，再生並不是所有脊椎動物都具有的普遍特徵，這促使我們重新思考再生背後的進化驅動力。
開發新的研究工具和技術: 研究非典型模型生物通常需要開發新的研究工具和技術。這些新工具和技術可以應用於更廣泛的生物學研究領域。

總之，研究像冠冕守宮這樣非典型模型生物的基因組，可以拓寬我們對生物學的理解，並為解決人類健康和疾病等重大挑戰提供新的思路和方法。