近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）潘瑋華課題組聯(lián)合美國加州大學(xué)河濱分校Stefano Lonardi課題組、福建農(nóng)林大學(xué)魏秀清課題組在《基因組研究（Genome Research）》上發(fā)表了題為“Comprehensive assessment of 11 de novo HiFi assemblers on complex eukaryotic genomes and metagenomes”的研究論文，研究提出了5個基于特異性字串的基因組組裝新指標(biāo)用于評價組裝結(jié)果的完整性和正確性，并在4個真實數(shù)據(jù)集和40個不同倍性、測序覆蓋度、雜合度和測序錯誤率的仿真數(shù)據(jù)集上，利用這5個指標(biāo)對11個基于HiFi數(shù)據(jù)的基因組和宏基因組組裝工具進(jìn)行了系統(tǒng)性評估。

在分子生物學(xué)和基因組學(xué)領(lǐng)域，最新的單分子測序（SMS）技術(shù)，如Pacific Biosciences（PacBio）HiFi和Oxford Nanopore Technologies（ONT），顯著提高了基因組從頭組裝的質(zhì)量。其中，PacBio HiFi技術(shù)可產(chǎn)生超過10 kbp的長序列，且錯誤率低于0.01%，在人類、植物、動物等眾多真核基因組的組裝中取得了重大進(jìn)展。盡管如此，基因組從頭組裝在計算上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括基因組的高重復(fù)性區(qū)域、測序錯誤、測序覆蓋度不均或不足以及嵌合序列等問題。

5個組裝新評價指標(biāo)介紹

該研究系統(tǒng)地評估了11種針對HiFi測序技術(shù)的組裝工具。通過在三個真實真核基因組數(shù)據(jù)集、34個具有不同倍性、測序覆蓋度、雜合率和測序錯誤率的仿真真核基因組數(shù)據(jù)集、一個真實的宏基因組數(shù)據(jù)集以及五個具有不同組成豐度和相似性的仿真宏基因組數(shù)據(jù)集上進(jìn)行比較實驗，來評估各組裝軟件的性能。研究使用了標(biāo)準(zhǔn)的評估工具QUAST和BUSCO獲取連續(xù)性、完整性、正確性、運(yùn)行時間和內(nèi)存使用等多個評價指標(biāo)。并首次提出了5個基于特異性字串的評價指標(biāo)，包括完成率、單拷貝完成率、重復(fù)完成率、最大類別平均比例、平均距離差異，用于有參考基因組時評估組裝結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性。相比于已有評價指標(biāo)，基于特異性字串的評價指標(biāo)更易于針對重復(fù)序列（包括各種串聯(lián)和散在重復(fù)區(qū)域、各同源染色體的同源區(qū)域、宏基因組中近緣基因組等）準(zhǔn)確地進(jìn)行質(zhì)量評估。

評估結(jié)果顯示，hifiasm和hifiasm-meta分別成為組裝真核基因組和宏基因組的優(yōu)選工具。在真核生物基因組組裝中，hifiasm在不同方法比較的組裝基因組均具有更高的連續(xù)性、完整性和準(zhǔn)確性；HiCanu、Verkko與LJA次之，但Verkko與LJA具有組裝的contig較短等缺陷；NextDenovo僅對單倍體基因組具有更好的性能。宏基因組組裝評估中，hifiasm-meta以及metaflye的組裝錯誤最少，但是在面對復(fù)雜宏基因組時hifiasm-meta的完整性及連續(xù)性明顯優(yōu)于metaflye，但同時也會保留部分冗余的序列。

該研究為研究人員提供了關(guān)于如何利用高精度長序列數(shù)據(jù)高質(zhì)量組裝復(fù)雜真核基因組和宏基因組的明確指導(dǎo)，不僅為相關(guān)組裝研究推薦了最合適的組裝工具，還指出了組裝算法可能的改進(jìn)方向。

基因組所博士后余文娟、訪問學(xué)生羅浩輝，聯(lián)合培養(yǎng)博士生楊金寶、張晟鋮、科研助理蔣和靈為本文共同第一作者。基因組所潘瑋華研究員、美國加州大學(xué)Stefano Lonardi教授、福建農(nóng)林大學(xué)魏秀清教授為本文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項目、美國國家自然科學(xué)基金等資助。

原文鏈接：https://genome.cshlp.org/content/early/2024/03/01/gr.278232.123.abstract