一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法技术

发明专利技术涉及一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，使用比较基因组技术对鮡科鱼的古染色体进行分析，对其染色体的进化研究有利于摸清其基因组的进化规律，为鮡科鱼的进化研究和资源保护提供基本的数据。本发明专利技术提出的方法包括黑斑原鮡染色体序列构建、系统发育分析、近缘物种染色体比较和古染色体构建等步骤，适用于西藏鮡科鱼类，可广泛应用于青藏高原鮡科鱼的资源调查和保护研究。

【技术实现步骤摘要】
一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法
本专利技术涉及生物基因组分析技术，具体涉及一种多倍体生物基因组二倍化程度量化评估的方法。
技术介绍
生物进化所涉及的范围很广，生物大分子、基因和基因组、细胞、生物个体、生物群体以至地球上的整个生物圈的发展和变化都与生物进化有关，从而在各个水平上的生物结构都有其起源与进化的历史。探讨这些生物结构的起源过程及演化方式，重建其历史是生物进化研究的重要方面。这些研究必将能大大提高人类对生命以及对自身的认识。染色体变异在真核生物的体内，染色体是遗传物质DNA的载体。当染色体的数目发生改变时(缺少，增多)或者染色体的结构发生改变时，遗传信息就随之改变，带来的就是生物体的后代性状的改变，这就是染色体变异。它是可遗传变异的一种。根据产生变异的原因，它可以分为结构变异和数量变异两大类。染色体倒位是染色体结构变异的一种，指某染色体的内部区段发生180°的倒转,而使该区段的原来基因顺序发生颠倒的现象。倒位区段只涉及染色体的一个臂，称为臂内倒位；涉及包括着丝粒在内的两个臂，称为臂间倒位。那么染色体倒位和生物的进化有何关系，生物的进化就是新物种的形成，物种形成的要点是在生殖隔离的形成。染色体倒位首先是改变了倒位区段内外基因的连锁关系，还可使基因的正常表达因位置改变而有所变化。倒位杂合体联会时可形成特征性的倒位环，引起部分不育性，并降低连锁基因的重组率。倒位杂合体形成的配子大多是异常的，从而影响了个体的育性。倒位纯合体通常也不能和原种个体间进行有性生殖，但是这样形成的生殖隔离，为新物种的进化提供了有利条件。西藏地区鱼类在青藏高原长期进化过程中，形成了其独特的染色体核型，特别是鮡科鱼，发生了大规模的染色体重排的现象。利用染色体的序列特征研究染色体重排的现象在很多多倍体植物中采用，但是二倍体物种的染色体重排现象的研究工具，特别是西藏鮡科鱼类基因组的染色体大规模重组，尚没有相关的技术。因此，有必要研究一种使用比较基因组技术，对鮡科鱼的古染色体进行分析，从而便于研究染色体重排，推进对鮡科鱼染色体的进化研究。
技术实现思路
为了克服重构西藏鮡科鱼类祖先的染色体核型的困难，研究鮡科鱼类祖先染色体上的大规模重组现象，本专利技术提供一种利用西藏鮡科鱼类近缘物种作为参考，推测其祖先染色体核型的方法，能够对西藏鮡科鱼类的祖先的染色体核型进行深入分析。本专利技术解决其技术问题所采用的方法具体步骤如下：1)获取黑斑原鮡的染色体级别参考基因组：通过三代测序，结合HiC建库测序的技术，构建黑斑原鮡的染色体级别的组装结果，并通过转录组等测序数据，对染色体级别组装结果进行注释，预测其全基因组水平的蛋白编码序列；进一步地，其中所述步骤1)中三代测序使用Falcon进行三代基因组组装，利用所有PacBio测序数据。在序列纠错阶段，取10kb作为阈值，将10kb以下的序列比对到10kb以上的序列上，利用比对结果进行纠错，获得长片段的纠错序列。利用纠错序列进行比对，过滤掉长度低于2kb的比对结果。最后，使用序列网络信息构建最长的序列路径，获得基因组contig序列。进一步地，所述步骤1)中HiC建库测序具体为：取不同量的Hi-C文库模板，使用KAPAHiFi聚合酶进行固定10个循环的PCR扩增，扩增产物经电泳、切胶纯化后得到Hi-C文库。构建好的Hi-C文库经过质量检测，利用高通量测序技术对Hi-Clibrary包含样品进行双末端测序。进一步地，所述步骤1)中使用Bowtie通过迭代比对的方法，将Hi-C测序数据通过允许空缺的方式比对到上述组装的contig序列上。基于比对结果，使用hiclib的方法计算contig序列之间的互作频率。通过互作频率信息，使用3D-DNA确定contig序列的染色体分布、contig之间的排序和方向，组装到染色体级别。2)通过同源序列比对，确定用于染色体分析的近缘物种：利用全基因组蛋白序列，结合其他具有染色体级别组装的鱼类基因序列信息，构建鮡科鱼类与其他鱼类的系统发育关系，确定它们之间的系统发育关系；3)利用近缘物种的基因同源性，以及染色体上的基因排序信息，确定染色体的共线性：对鮡科鱼类和其他鱼类的基因序列进行同源比对，获得全基因组基因之间的同源性，并根据同源基因在染色体上的排布，确定鮡科鱼与其他鱼类的染色体的共线性；4)找到鮡科鱼与不同近缘关系鱼类的染色体重组区域：通过鮡科鱼与其他鱼类的染色体的共线性信息，确定黑斑原鮡与不同鱼类的染色体水平上的重组区域；5)利用近缘关系远近的鱼类的染色体比较，确定鮡科鱼的古染色体核型：基于黑斑原鮡与不同鱼类的染色体水平上的重组区域，以及鮡科鱼与其他鱼类的进化关系，确定每个染色体水平上的重组区域是鮡科鱼特有的，还是其他鱼类特有的，确定各个重组现象发生的时间，从而推算鮡科鱼的古染色体核型；进一步地，所述步骤5)具体为分别观察统计黑斑原鮡和黄颡鱼的染色体共线性结构，以及黑斑原鮡和斑点叉尾鮰的共线性结构，找到两个比较中均共线的区域，即为黑斑原鮡、黄颡鱼和斑点叉尾鮰祖先的古染色体核型；而非两个比较中均共线的区域，则需要在利用斑马鱼和青鳉鱼作为进化外群，如果斑马鱼和青鳉鱼支持黑斑原鮡的核型，则黑斑原鮡、黄颡鱼和斑点叉尾鮰祖先的古染色体与黑斑原鮡一致，相反，黑斑原鮡、黄颡鱼和斑点叉尾鮰祖先的古染色体则与黄颡鱼和斑点叉尾鮰一致。6)通过鮡科鱼的古染色体核型，推断黑斑原鮡的染色体形成的过程：基于鮡科鱼的古染色体核型，推算由鮡科鱼的古染色体演变为黑斑原鮡染色体的过程。本专利技术与现有技术相比的有益效果：本专利技术提出一种使用比较基因组技术对鮡科鱼的古染色体进行分析的技术，通过发育关系和染色体重组结果确定重组结果发生的时间；通过发现染色体的共线性，可确定染色体上的重组位置，该方法对其染色体的进化研究有利于摸清其基因组的进化规律，为鮡科鱼的进化研究和资源保护提供基本的数据。本专利技术提出的方法包括黑斑原鮡染色体序列构建、系统发育分析、近缘物种染色体比较和古染色体构建等步骤，适用于西藏鮡科鱼类，可广泛应用了青藏高原鮡科鱼的资源调查和保护研究。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例4中黑斑原鮡与黄颡鱼和斑点叉尾鮰染色体比较的结果图2是本专利技术实施例6中进行对黑斑原鮡染色体2号染色体进行古染色体分析的结果。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术并不局限于此实施例。本实施例利用该专利技术提供的一种使用比较基因组技术对黑斑原鮡的古染色体进行分析。实施例1：材料获取本实验采用一种西藏高原特有鱼类黑斑原鮡作为研究对象。从雅鲁藏布江野外捕获的雌性黑斑原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取黑斑原鮡的染色体级别参考基因组；/nS2：通过同源序列比对，确定用于染色体分析的近缘物种；/nS3：利用近缘物种的基因同源性，以及染色体上的基因排序信息，确定染色体的共线性；/nS4：找到鮡科鱼与不同近缘关系鱼类的染色体重组区域；/nS5：利用近缘关系远近的鱼类的染色体比较，确定鮡科鱼的古染色体核型；/nS6：通过鮡科鱼的古染色体核型，推断黑斑原鮡的染色体形成的过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取黑斑原鮡的染色体级别参考基因组；
S2：通过同源序列比对，确定用于染色体分析的近缘物种；
S3：利用近缘物种的基因同源性，以及染色体上的基因排序信息，确定染色体的共线性；
S4：找到鮡科鱼与不同近缘关系鱼类的染色体重组区域；
S5：利用近缘关系远近的鱼类的染色体比较，确定鮡科鱼的古染色体核型；
S6：通过鮡科鱼的古染色体核型，推断黑斑原鮡的染色体形成的过程。


2.根据权利要求1所述的一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，其特征在于：
所述步骤S1通过三代测序，结合HiC建库测序的技术，构建黑斑原鮡的染色体级别的组装结果，并通过转录组等测序数据，对染色体级别组装结果进行注释，预测其全基因组水平的蛋白编码序列。


3.根据权利要求1所述的一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，其特征在于：所述步骤S2通过同源序列比对，确定用于染色体分析的近缘物种：利用全基因组蛋白序列，结合其他具有染色体级别组装的鱼类基因序列信息，构建鮡科鱼类与其他鱼类的系统发育关系，确定它们之间的系统发育关系。


4.根据权利要求1所述的一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，其特征在于：所述步骤S3利用近缘物种的基因同源性，以及染色体上的基因排序信息，确定染色体的共线性：对鮡科鱼类和其他鱼类的基因序列进行同源比对，获得全基因组基因之间的同源性，并根据同源基因在染色体上的排布，确定鮡科鱼与其他鱼类的染色体的共线性。


5.根据权利要求1所述的一种鮡科鱼类古染色体进化比较分析的方法，其特征在于：所述步骤S4找到鮡科鱼与不同近缘关系鱼类的染色体重组区域：通过鮡科鱼与其他鱼类的染色体的共线性信息，确定黑斑原鮡与不同鱼类的染色体水平上的重组区域。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海平，牟振波，肖世俊，
申请(专利权)人：西藏自治区农牧科学院水产科学研究所，
类型：发明
国别省市：西藏;54