Streamlining Universal Single-copy Orthologue and Ultraconserved Element Design Method from Whole Genome Sequencing

研究背景

高通量测序产生的基因组规模的数据集有利于解决进化生物学和生态学中各种具有挑战性的问题。基因组标记 (Genomic partitioning) 策略是目前主要的数据收集方法，用于富集特定基因组区域的序列，例如，转录组和杂交富集。高通量测序成本快速降低进一步推动了产生有/无参考基因组的分子标记开发。然而，对于部分动物类群来说，全面的基因组资源十分有限。在无脊椎动物中，几乎没有类群具有大量参考基因组和注释信息，基因标记或用于富集靶向基因标记的探针也很少，这严重阻碍了基因组规模数据集的产生和下游分析。
        单拷贝核基因和超保守元件是系统学界广泛应用的系统发育基因组学标记，并已被应用于多种生物的不同分类阶元。然而，在大多数中、低阶元的类群中没有参考单拷贝同源序列，只有更高阶元的基准通用单拷贝同源序列集，详见BUSCO官网 (https://busco.ezlab.org/)。此外，可用的超保守元件探针只存在于几个较大的昆虫目中，如鞘翅目、双翅目、半翅目和膜翅目 (https://www.ultraconserved.org/)。针对这一现状，本研究开发了一套新的流程来加速开发相应的分子标记。
        本文提供了详细的利用基因组数据设计通用单拷贝核基因与超保守元件分子标记的分析流程，该方案的有效性已在弹尾纲的分子系统学研究中得以验证，详细内容请参阅Sun et al., 2020。

仪器设备

1. 普通电脑 (8核16线程，内存：32 G；可在Windows系统预先安装好虚拟机VMware或VirtualBox)。

软件

1. 基因组组装
   BBTools v38.90 (https://sourceforge.net/projects/bbmap/)
   Minia v3.2.4 (https://github.com/GATB/minia)
   Redundans v0.14c (https://github.com/lpryszcz/redundans)
   Minimap2 v2.17 (https://github.com/lh3/minimap2)
   BESST v2.2.8 (https://github.com/ksahlin/BESST)
   GapCloser v1.12 (http://soap.genomics.org.cn/)
   BUSCO v3.0.2 (https://busco.ezlab.org/)
   SPAdes v3.14.1 (http://bioinf.spbau.ru/spades)
   
2. 基因组注释
   WindowMasker (https://github.com/goeckslab/WindowMasker)
   BRAKER2 (https://github.com/Gaius-Augustus/BRAKER)
   DIAMOND (https://github.com/bbuchfink/diamond)
   CD-HIT (http://weizhongli-lab.org/cd-hit/)
   BUSCO v3.0.2 (https://busco.ezlab.org/)
   
3. BUSCO数据集设计
   OrthoFinder v2.2.7 (https://github.com/davidemms/OrthoFinder)
   MAFFT v7.394 (https://mafft.cbrc.jp/alignment/software/)
   HMMER v3.2.1 (http://hmmer.org/download.html)
   
4. UCE设计
   faToTwoBit (http://hgdownload.soe.ucsc.edu/admin/exe/)
   ART-20160605 (https://www.niehs.nih.gov/research/resources/software/biostatistics/art/index.cfm)
   Stampy v1.0.32 (http://www.well.ox.ac.uk/project-stampy)
   Samtools v1.7 (http://www.htslib.org/)
   BEDTools v2.29.0 (https://github.com/arq5x/bedtools2)
   PHYLUCE v1.6.6 (http://phyluce.readthedocs.io/en/latest/index.html)
   

实验步骤