華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授夏瑞團隊在國家自然科學(xué)基金等項目的資助下，開發(fā)了一種基于基因共線性進行物種基因組基因結(jié)構(gòu)注釋矯正的工具——SynGAP（Synteny-based Gene structure Annotation Polisher）。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《基因組生物學(xué)》（Genome Biology）。

演化過程中，在具有共同祖先的近緣物種之間，染色體上同源基因存在保守排列的現(xiàn)象，被稱為基因共線性。近緣物種的基因共線性區(qū)塊中，部分基因丟失了與其對應(yīng)的共線性基因，進而在區(qū)塊內(nèi)形成共線性對的間隔。共線性基因的缺失，可能由基因組序列的變化引起的，同時還有可能是錯誤注釋或缺失的基因模型導(dǎo)致的。

基于后一種可能性，夏瑞團隊通過兩物種的共線性分析，檢測出共線性區(qū)塊中共線性對的空缺位置。隨后進行雙向的同源比對以實現(xiàn)對間隔內(nèi)潛在注釋錯漏的初步鑒定與矯正。再通過去冗余、可靠性指標(biāo)計算篩選、參考注釋質(zhì)量分級等步驟對初步矯正結(jié)果進行質(zhì)控，最終獲得兩物種的高質(zhì)量矯正注釋，并且實現(xiàn)對間隔的填補。

論文第一作者、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院博士研究生吳鋒琦表示，通過多個植物、動物物種組合的測試與統(tǒng)計，明確SynGAP可以對被測試基因組基因結(jié)構(gòu)注釋進行優(yōu)化——增加優(yōu)質(zhì)新基因注釋以及共線性基因?qū)?，同時提高了BUSCO完整度。

除了基因結(jié)構(gòu)注釋矯正功能模塊外，SynGAP還包含了一套物種間比較轉(zhuǎn)錄組分析流程。通過該流程可實現(xiàn)近緣物種間的準(zhǔn)確基因配對，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)完成跨物種時序性轉(zhuǎn)錄組分析，高效地篩選鑒定候選關(guān)鍵差異表達基因。其中，設(shè)計了EVI這一基因差異表達指標(biāo)，可同時體現(xiàn)物種間對應(yīng)基因的表達水平差異、表達量倍數(shù)差異以及表達模式變化差異。基因?qū)Φ腅VI值越高，兩個同源基因的差異表達就越顯著。經(jīng)測試，EVI可以作為鑒定控制特定性狀或發(fā)育過程（如花色素苷合成、辣椒素合成、內(nèi)果皮木質(zhì)化和大腦體積增大）的候選關(guān)鍵基因的有效指標(biāo)。

論文共同通訊作者夏瑞表示，SynGAP基于近緣物種基因共線性，去鑒定并矯正原始基因結(jié)構(gòu)注釋中的潛在錯漏，實現(xiàn)了基因結(jié)構(gòu)注釋的優(yōu)化；并為更精準(zhǔn)的比較基因組和比較轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)分析提供了新策略。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-024-03359-8

來源：中國科學(xué)報