8月19日，国际知名学术期刊GigaScience同时刊登了两项由基因组多维解析技术全国重点实验室联合武汉华大生命科学研究院、华大序风、云南大学等机构共同完成的研究成果。借助华大自主研发的CycloneSEQ纳米孔测序技术，研究团队完成了鬃狮蜥和非洲长雄野生稻端粒到端粒（T2T）级别的基因组组装。其中，鬃狮蜥的16条染色体实现了近乎完整的组装（仅14号染色体缺失1个端粒），而非洲长雄野生稻的12条染色体则实现了无缺口的完整组装（包含24个端粒）。
结合此前在GigaByte发表的十种常见肠道细菌完整基因组的研究成果，CycloneSEQ测序技术在动物、植物和微生物等不同生命形式的研究领域均已取得实质性应用成果，开启了地球生命解码新纪元。
首次解析鬃狮蜥的性染色体起源和性别决定机制
科学界一直对爬行动物的性别决定机制充满好奇。鬃狮蜥拥有ZW性别决定系统（ZW发育为雌性，ZZ为雄性），但遗传性别又可被孵化温度改写从而发生性别逆转。这一遗传依赖（GSD）和温度依赖型性别决定（TSD）并存的特性，使鬃狮蜥成为了研究爬行动物性别决定机制的重要模式物种。
然而，鬃狮蜥的基因组杂合度高(~1.63%)、重复序列含量高（~46.23%），且具有多个高GC含量的微染色体，这些特征给完整基因组图谱构建带来了巨大挑战。而鬃狮蜥的性染色体正好属于组装难度更大的微染色体，加之测序技术的局限，使得鬃狮蜥的性染色体长期处在被忽略的状态，严重制约了研究人员对其性染色体起源与性别决定机制的解析。
在本研究中，研究人员利用CycloneSEQ纳米孔测序技术无偏差的长读长测序优势，完美攻克了以上难题，最终组装的鬃狮蜥基因组大小为1.8 Gb，而且成功将其6条大染色体和10条微染色体都完整解析出来。此外，研究人员还专门开发了一套端粒组装流程，成功把几乎全部端粒都精准定位至特定染色体的末端。
基于这一近乎完整的鬃狮蜥基因组图谱，研究人员首次在其Z染色体上定位到一个3.2 Mb大小的性别分化区（SDR，也即在ZW性染色体间存在显著序列分歧的区域），并且在SDR区识别到一个重要的功能基因——AMH（Anti-Müllerian hormone，抗缪勒氏管激素）。该基因在鬃狮蜥胚胎性腺分化的早期表现出强烈的雄性特异表达模式，提示它是鬃狮蜥潜在的性别决定基因。有趣的是，SDR区的AMH其实是常染色体AMH基因的一个副本，起源于常染色体AMH的复制和转座事件。研究人员推测，正是这一复制和转座事件导致了鬃狮蜥的ZW性染色体开始分化。这一研究不仅解开了鬃狮蜥的性别决定之谜，还成功实现了首个完全基于国产测序平台的复杂基因组T2T组装。
长雄野生稻完整基因组为水稻育种提供远古基因宝库
非洲长雄野生稻是一种能多年生的特殊稻种。绘制其完整基因组图谱，能帮助我们了解多年生、抗病等特殊性状的分子基础。虽然此前已有两个染色体级别的长雄野生稻基因组发表，但由于其基因组杂合度较高（~1.27%），组装的连续性不足，目前仍缺乏T2T级别的完整基因组图谱。
本研究则基于CycloneSEQ纳米孔测序等技术，成功克服了这些技术难题，首次获得了包含12条染色体和24个端粒的无间隙的非洲长雄野生稻T2T级别参考基因组。
研究人员把非洲长雄野生稻的T2T基因组与已发表的其它稻属参考基因组进行比较，发现了长雄野生稻和非洲栽培稻之间超过 80.7 Mb的基因组结构变异。此外，本研究在长雄野生稻基因组上鉴定到一个大小为 30.2 Mb 的重复片段区域，该区域包含 4179 个基因对。同时，还鉴定出 2096 个转录因子基因和 654 个NBS-LRR抗病基因，并就这些基因家族的拷贝数，与稻属其它物种进行了比较分析。
非洲长雄野生稻的T2T基因组图谱构建，不仅为水稻高价值的表型性状关联基因研究创造了重要条件，也为进一步探索非洲稻种乃至整个稻属的演化路径奠定了重要基础。
长短读长结合，助力细菌基因组功能解析
人体共生微生物，作为“人体的第二基因组”，在人类健康中发挥着举足轻重的作用。我们的肠道中含有丰富的共生细菌，不同种类的细菌基因组大小不一，GC含量差异大；受限于基因组上的多拷贝基因和短回文序列，基于短读长测序的细菌基因组组装一直存在着碎片化的问题。
在本次研究中，研究人员将DNBSEQ高精度和CycloneSEQ长读长的优势相结合，完美覆盖此前组装基因组草图的间隙区域。无论是模式菌株、分离培养的菌株，还是模拟肠道菌群样本，均能通过长短读长结合的方法，获得完整且准确的基因组图谱。
这些结果不仅凸显了基于DNBSEQ和CycloneSEQ测序后混合组装方法在基因组学研究中的优势，也证明了CycloneSEQ在微生物领域的广泛应用价值。细菌完整基因组图谱的准确构建，不仅为解析基因功能特征、调控网络机制、病原致病机理、耐药传播规律和演化适应性等关键科学问题提供基础性研究框架，更为后续的转化医学研究和临床应用奠定重要的数据基础。
值得一提的是，华大生命科学研究院的科研人员已将该技术应用于益生菌功能研究，全面剖析华大营养益生菌的安全性及益生功能，进一步为相应益生菌产品提供科学依据。
总而言之，CycloneSEQ首次跨越生命之树的技术验证，为复杂基因组组装带来了国产化技术方案。未来，随着地球生物基因组计划（EBP）的加速推进，CycloneSEQ技术平台将成为驱动这一生命科学世纪工程的重要引擎，持续推动高质量、低成本解码地球生物多样性的伟大进程。
·鬃狮蜥基因组
基因组多维解析技术全国重点实验室李启业研究员、董宇亮研究员和顾颖研究员为论文共同通讯作者。武汉华大生命科学研究院郭群飞、潘有亮和戴玮为论文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/gigascience/giaf079
·非洲长雄野生稻基因组
基因组多维解析技术全国重点实验室魏桐研究员和董宇亮研究员为论文共同通讯作者。深圳华大生命科学研究院光宣敏副研究员，华大序风杨婧男博士，云南大学张石来教授为论文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金会和深圳市科技计划的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/gigascience/giaf074
·细菌基因组
基因组多维解析技术全国重点实验室肖亮研究员和徐讯研究员为论文共同通讯作者。深圳华大生命科学研究院梁何伟，基因组多维解析技术全国重点实验室邹远强研究员为论文共同第一作者。本研究得到了深圳市政府多项科学基金的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.46471/gigabyte.154