摘要大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)是世界生物多样性保护的“旗舰种”和“伞护种”。大熊猫及其栖息地的保护能为人们提供多种多样的生态系统服务价值,其提供的生态系统服务价值远大于熊猫保护投入。虽然大熊猫的基因组序列已经公布,但现有的组装结果仍是片段化的。大熊猫高质量基因组的缺乏使研究者无法在基因组层面上探讨染色体核型进化中发生的染色体重排事件。本研究首先使用10X Genomics以及大熊猫与狗的染色体核型比较图谱构建了一个scaffold N50为33.5Mb的高质量大熊猫基因组草图。随后,基于流式筛选、单染色体测序以及大熊猫与猫的染色体核型比较图谱,将新版本基因组中108个scaffolds挂载到21条染色体上。这些scaffolds总长2.24Gb,覆盖整个基因组序列的91.56%。基于新组装的大熊猫基因组和已发表的狗基因组,做了一个大片段共线性比对,共发现127次染色体之间的断裂事件以及68个染色体进化断裂区(EBRs)。对这些染色体进化断裂区内的基因数目统计发现,其基因密度显著高于整个基因组。此外,对该区域的基因富集分析发现,染色体进化断裂区的基因富集到和嗅觉相关的通路上。本研究公布了熊科第一个染色体级基因组图谱,对理解食肉目染色体进化及濒危物种保护有重要的意义。此外,本研究还提供了一种可行的低成本获取染色体级基因组的新思路。<br> 另一方面,哺乳动物基因组数据的快速积累为Y染色体进化的研究提供了宝贵的资源。然而,目前Y染色体的研究只在一些模式物种进行。因此,如何从未分配染色体的雄性个体基因组中筛选候选Y染色体scaffolds成为一个大的挑战。本研究使用共线性比对的策略从目前已经发表的6个雄性食肉目动物基因组中筛选雄性Y特异区(MSY)序列。结果显示,在北极熊、太平洋海象、小熊猫、猎豹、雪貂和虎中分别发现14、15、9、28、14和11个候选MSY scaffolds,这些scaffolds的大小分别为1.55Mb、2.62Mb、964Kb、1.75Mb、2.17Mb和1.84Mb。研究使用PCR成功验证其中的三个物种(小熊猫、北极熊和虎)中所有候选MSY scaffolds,证实了共线性比对策略的有效性。重复序列分析结果显示候选MSY的重复序列远高于整个基因组。此外,研究对这6个物种的MSY scaffolds进行基因注释,并结合已发表的猫和狗的MSY基因进行了进化分析。结果显示在8个食肉目物种中,有11个同源基因在至少7个食肉目物种中被注释出来。对这些基因的演化速率分析发现,Y染色体基因进化速率显著高于X染色体基因,表明Y染色体基因受到更小的负选择压力。本研究证明了共线性比对是一种高效且准确的从未分配染色体的雄性基因组中筛选候选Y染色体scaffolds的策略。此外,研究对食肉目Y染色体基因进行了进化分析,为食肉目Y染色体基因进化研究提供了一个范例。
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