植物线粒体基因组de novo 组装

植物线粒体基因组de novo组装即从头组装，指无需参考序列，结合二代和ONT三代测序数据开展组装，以最大程度还原线粒体基因组原始构象，保证较高的准确性和完整性。

组装策略

产品优势

1. 全基因组数据，挖掘新途径

2. 无需参考，近缘物种序列

3. 高准确性，高完整性

分析应用

Q1：什么是植物线粒体基因组？

植物线粒体基因组（plant mitochondrial genome, mtDNA）是存在于线粒体中的独立DNA分子，编码线粒体功能所必需的基因，包括呼吸链复合体相关基因、tRNA和rRNA基因。与动物线粒体相比，植物线粒体基因组通常体积较大、结构复杂，并具有较高的重复序列和可重组区域。

Q2：植物线粒体基因组的特点有哪些？

· 基因组大小变化大：从几十万到上百万碱基对不等；

· 结构复杂：含有大量重复序列，可形成多种等位结构或循环亚基因组；

· 重组频繁：线粒体DNA可通过同源重组产生不同结构形式；

· 低突变率：编码区变异率低，但结构变异丰富；

· 核基因组转移：部分线粒体序列可转移至核基因组（numts）。

Q3：植物线粒体基因组组装常见的挑战有哪些？

· 复杂重复序列：高重复区域导致组装断裂或假连；

· 多结构形式：单个线粒体基因组可能存在多个亚基因组结构，增加组装难度；

项目案例一 ONT组装番薯线粒体基因组（BMC Plant Biology，IF=4.3）

组装策路：

Nanopore(10G)+Ilumina(10G)

主要研究结果：

1. 组装获得分子环式的 270304bp的番薯mtDNA及几种其他构象;

2. 发现番蓉mtDNA中重复序列介导的同源重组现象;

3. 确定番薯CPDNA和mtDNA之间存在序列迁移;

4. 鉴定了11种不同类型的RNA编辑。

文章亮点：

1. 提供了番蓉高质量的线粒体基因组;

2. 为高等植物进化和细胞质雄性不育育种提供理论依据。

项目案例二 青岛百合首个完整线粒体基因组(Plant Cell Reports, lF=5.3)

组装策略:

Nanopore(19.08G)+BGI(30.58G)

主要研究结果:

1. 青岛百合线粒体基因组由27个独立的环形染色体组成，染色体结构独立且存在频繁的基因组重组现象。

2. 分析并验证青岛百合线粒体基因组中RNA编辑的广泛存在。

3. 发现非编码区和编码区在选择压力或突变修复机制上可能存在差异，导致了这两个区域进化速率的不同。

4. 发现青岛百合线粒体基因组与叶绿体基因组之间存在广泛的基因序列迁移(MTPTS)。

文章亮点

1. 首次通过结合BGI二代测序和Nanopore三代测序技术，组装和注释了百合属植物的第一个线粒体基因组，对百合属植物的遗传学研究具有重要意义。

2. 青岛百合线粒体基因组的多染色体结构主要由频繁的长重复序列对称重组和小重复序列的不对称重组形成，进化过程中频繁的基因组重组显著增加了基因组的多样性和复杂性。

参考文献：

Yang Z, et al. De novo assembly of the complete mitochondrial genome of sweet potato (lpomoea batatas i.1 Lam) revealedthe existence of homologous conformations generated by the repeat mediated recombination. BMc Plant Biol.2022.

Qu K,et al. Comprehensive analysis of the complete mitochondrial genome of Lilium tsingtauense reveals a novelmultichromosomestructure.Plant Cell Rep.2024.