[논문]3세대 DNA 염기서열 분석과 Hi-C기술을 이용한 꼬막 게놈의 유전체 연구

김진무; 이승재; 조은아; 최은경; 조민주; 신소령; 이정식; 박현

doi:10.23005/ksmls.2021.6.2.97

3세대 DNA 염기서열 분석과 Hi-C기술을 이용한 꼬막 게놈의 유전체 연구
Chromosomal Assembly of Tegillarca granosa Genome using Third-generation DNA Sequencing and Hi-C Technology 원문보기

한국해양생명과학회지 = Journal of marine life science, v.6 no.2, 2021년, pp.97 - 105

김진무 (고려대학교 생명공학과) , 이승재 (고려대학교 생명공학과) , 조은아 (고려대학교 생명공학과) , 최은경 (고려대학교 생명공학과) , 조민주 (고려대학교 생명공학과) , 신소령 (전남대학교 수산생명의학과) , 이정식 (전남대학교 수산생명의학과) , 박현 (고려대학교 생명공학과)

초록
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꼬막은 해양 어업으로써 아시아 전 지역에 있어서 중요한 수산자원 중 하나이다. 하지만, 공장의 산업화, 해양 환경오염, 그리고 지구 온난화로 인해 해양 어업 생산량이 급격히 떨어졌다. 우리나라 남해안의 주요 수산자원인 꼬막의 유전적 특성을 파악하기 위하여 꼬막의 전장유전체를 해독하고 염색체 서열을 규명하였다. 915.4 Mb의 게놈을 조립하였고, 19개의 염색체 유전자 서열을 식별하였다. 꼬막의 유전체에서 25,134개의 유전자들을 확인하였고, 그 중에 22,745개의 유전자들에 대한 기능을 확인했으며, 4,014개의 유전자들에 대한 KEGG pathway를 분석하였다. 꼬막유전체와 8종의 다른 패류와 비교유전체 분석을 통하여 확장/감소(gene gain and loss) 분석을 수행한 결과, 725개의 유전자군의 확장과 479개의 유전자군의 감소를 확인하였다. 꼬막의 homeobox 유전자 클러스터는 촉수담륜동물 내에서 잘 보존된 유전자 구조를 보였다. 또한, 꼬막은 3개의 hemoglobin 유전자들이 피조개의 hemoglobin과 높은 유사성을 보였다. 꼬막의 전장유전체 정보를 통해 꼬막의 환경 적응과 진화의 유전적 특성과 생리적 특성뿐만 아니라, 꼬막 양식의 효율성을 높이는 양식산업에 널리 이용될 수 있는 유전적 정보를 제공할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Tegillarca granosa, is one of the most important fishery resources throughout Asia. However, due to industrialization factories, marine environmental pollution, and global warming, the marine fishery production has drop sharply. In order to understand the genetic factors of the blood clam, which is a major fishery resource on the southern coast of Korea, the whole genome of blood clam was studied. The assembled genome of T. granosa was 915.4 Mb, and 19 chromosomes were identified. 25,134 genes were identified, and 22,745 genes were functionally annotated. As a result of performing gene gain and loss analysis between the blood clam genome and eight other types of shellfish, it was confirmed that 725 gene groups were expanded, and 479 gene groups were contracted. The homeobox gene cluster of blood clam showed a well-preserved genetic structure within lophotrochozoan ancestor. T. granosa genome showed high similarity between three hemoglobin genes with Scarpharca broughtonii. The blood clam genome will provide information for the genetic and physiological characteristics of blood clam adaptation, evolution, and the development of aquaculture industry.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. De-novo assembly of T. granosa genome. (A) shows the blood clam used in this study and (B) represents the Hi-C based chromatin contact maps interaction. (C) represents the gene synteny relationship between T. granosa and 19 chromosomes of S. broughtonii based on Mummer4. (D) represents the phylogenetic tree depending on single copy orthologue sequences of 9 species in bivalves. This tree also represents gene family gain-and-loss analysis, including the number of lost gene families (-) and gained gene families (+). The standard of divergence time was compared with C. gigas and P. fucata martensii for all 9 species of bivalves.
표 Table 1. T. granosa genome assembly sequencing data statistics
표 Table 2. T. granosa genome assembly statistics
표 Table 3. 19 chromosomes and un-assigned lengths of assembled genome in T. granosa
표 Table 4. The completeness of BUSCO results in genome assembly by using metazoan odb9 dataset
표 Table 5. The genome annotation statistics of T. granosa using Blast2GO
그림 Fig. 2. Homeobox gene clusters are compared with lopotrochozoan ancestor and 9 species in bivalves are represented in phylogenetic tree. The color of each homeobox gene clusters is represented on the lopotrochozoan ancestor labeled above. The direction of the transcription orientation is showed as arrow shape of each homeobox gene. Parahox cluster and hox cluster are not connected in one chromosome for 9 species represented in the figure.
표 Table 6. The shellfish used for genome comparison analysis
그림 Fig. 3. Phylogenetic tree and comparison of hemoglobin genes. (A) represents the phylogenetic tree of T. granosa hemoglobin genes between shellfish and vertebrate by using Mega X. (B) represents the comparison of hemoglobin protein sequences in T. granosa, S. broughtonii, and vertebrate by using ClustalW. The accession number of amino acid sequences which are used is represented in (A).
그림 Fig. 4. Hemoglobin gene synteny between 2 blood clams (T. granosa, S. broughtonii) are compared in chromosome level. The direction of transcription orientation is represented by arrow shape of each gene and thin red arrows shows gene insertion or deletion between hemoglobin and neuroglobin. Double slash between gene synteny shows the long distance between the genes that is showed in chromosome level. (A) Neuroglobins are in chromosome 2 and LG2 in T. granosa and S. broughtonii. (B) HBl are in chromosome 7 and LG5. (C) HBllB and HBll are only located in LG6 of S. broughtonii. (D) Other HB are in chromosome 11 and LG11 between 2 species.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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