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周永锋课题组
Yong-feng Zhou lab
Yong-feng Zhou lab
| 题目 | Mango Pangenome Reveals Dramatic Impacts of Reference Bias on Genomic Analyses |
| 中文 | 芒果泛基因组揭示参考偏差对基因组分析的显著影响 |
| 参考 | Ahmad B, Su Y, Hao Y, et al. Mango Pangenome Reveals Dramatic Impacts of Reference Bias on Genomic Analyses[J]. Horticulture Research, 2025: uhaf166. |
| 作者 | Bilal Ahmad, 苏颖, 郝亚妮 |
| 通讯 | 田新民, 周永锋, Jianfeng Huang, 肖华 |
| 期刊 | Horticulture Research [2025-7-1 ] 原文链接 文档查看 文章下载 |
| 简介 | 大多数基因组研究首先会将测序数据与参考基因组进行比对。参考基因组的组装质量、与研究人群的遗传相关性以及所采用的比对方法都会直接影响变异的识别准确度以及后续的基因组分析，从而引入参考偏差，并导致错误的结论。然而，参考偏差的影响却未得到足够的关注。本研究比较了使用四种不同芒果（Mangifera indica）参考基因组（包括两个基于单倍型解析的端到端（T2T）基因组组装、一个泛基因组以及一个可在NCBI上获取的较旧版本的参考基因组）进行的人群基因组分析。参考基因组的选择极大地影响了比对效率，并导致了在识别遗传变异（特别是结构变异（SVs））方面存在显著差异。与遗传分化相比，系统发育分析对参考基因组更为敏感。在驯化过程中的人工选择以及结构变异热点区域的人群基因组分析在不同参考基因组中存在差异。值得注意的是，基因富集分析显示，根据所使用的参考基因组的不同，最富集的生物学过程存在显著差异。总体而言，在各种指标上，芒果泛基因组的表现优于其他参考基因组，其次是 T2T 参考基因组，因为它们捕获了更多的多样性，并有效地减少了参考偏差。我们的研究结果强调了芒果泛基因组在减少参考偏差方面的作用，并突显了参考基因组选择的至关重要性，表明它是群体基因组研究中最重要的因素之一。 |
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参考基因组的构建，通常以物种内单个个体的DNA为测序对象，通过测序与组装技术形成该物种的基因组基准图谱。在后续研究中，当科学家对同一物种的其他个体展开分析时，会将新测序获得的个体DNA序列与这一参考基因组进行比对，从而高效识别序列差异、解析基因功能或追溯遗传变异等关键信息。
然而，这一研究模式面临着显著局限：目前，许多物种，尤其是那些研究基础薄弱、关注度较低的类群尚未拥有专属的高质量参考基因组，这在很大程度上制约了相关领域的遗传学研究与物种资源挖掘。
2025年，南加州大学在国际期刊《Cell》发表的成果，为遗传学研究领域提出了关键警示：参考基因组的选择直接影响遗传研究结果的可靠性，并着重强调了筛选适配参考基因组的核心意义（Cell | 参考基因组的选择会影响遗传研究结果）。如果参考基因组组装质量差（如有缺口）、或与实际研究对象亲缘关系较远，会导致比对率低、变异检测不准确，从而引入“参考偏差”，最终可能使研究人员得出偏离真实情况的错误结论。而在此之前，“参考基因组选择适配性” 这一影响研究效度的关键因素尚未获得足够重视。值得注意的是，这一问题在特定物种研究中表现得更为突出。以芒果为例，其基因组具有高度杂合的特性，且在该研究背景下，学界此前始终缺乏一套高质量、无间隙的专属参考基因组，阻碍了其遗传育种研究。
2025年9月，Horticulture Research在线发表了中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所芒果研究团队和广西师范大学田新民研究员团队合作完成的题为Mango pangenome reveals dramatic impacts of reference bias on population genomic analyses的研究论文。
首先，研究人员利用HiFi、Hi-C和ONT数据构建了芒果首个单倍型分型的T2T基因组，填补了之前基因组中的缺口，识别了端粒和着丝粒区域。两个单倍型基因组ALT2T_HAP1和ALT2T_HAP2分别包含41,423和40,794个蛋白编码基因，其中4,008和467个基因为单倍型1和单倍型2所特有(图1)。
图1分单倍型的芒果T2T基因组组装
比较分析显示，泛基因组在比对率和覆盖深度上表现最佳，检测到的SNP数量与单倍型基因组相近（差异仅0.47%），但SV检测数量显著提高约50%。SV密度图显示泛基因组在某些区域可检测到250个SV，而单倍型基因组最多仅45个(图2)。
图2基于四种不同芒果参考基因组调用变异结果展示
基于不同参考基因组的系统发育分析显示，泛基因组能更好地区分栽培种和野生种，揭示出M. odorata和马来西亚野生种与栽培品种的基因交流。PCA分析结果在不同参考基因组间较为一致，但群体混合分析显示参考基因组选择会影响群体结构推断。
FST分析发现，不同参考基因组检测到的遗传分化区域存在差异。泛基因组在2号染色体上检测到高FST值的区域，包含与抗病相关的LECRKS6基因，而其他参考基因组未发现该区域。GO富集分析显示，不同参考基因组富集到的生物学过程存在差异，但花发育、磷脂酰肌醇代谢等过程在不同基因组中均显著富集(图3)。
图3基于四种不同芒果参考基因组比较栽培与野生种的种群分化水平
选择性清除分析显示，泛基因组检测到的选择信号区域更多，CLR值范围更大。单倍型基因组间也存在差异，如ALT2T_HAP2在7号染色体检测到两个选择区域而ALT2T_HAP1未检测到。GO分析显示不同参考基因组富集到的选择相关基因功能存在差异，但根系发育、次生细胞壁形成等过程在不同基因组中均显著富集(图4)。
图4基于四种不同芒果参考基因组检测芒果驯化过程中的人工选择位点
结构变异热点分布结果发现，泛基因组检测到的SV热点区域更多，且每个区域的SV数量更高（7-17个）。值得注意的是，所有参考基因组均在6号染色体RAE1-like基因附近检测到SV热点，该基因与果实酸度调控相关。GO分析显示细胞壁组织、应激响应等过程在不同基因组中均显著富集(图5)。
图5基于四种不同芒果参考基因组的结构变异(SV)热点分析
该研究首次系统评估了参考基因组选择对芒果基因组分析的影响，证明泛基因组能显著降低参考偏差，提高SV检测灵敏度。研究构建的高质量T2T基因组和泛基因组为芒果功能基因组学和育种研究提供了宝贵资源。此外，本研究鉴定到选择信号为解析芒果驯化历史提供了新线索，而SV热点区域的鉴定为果实品质改良提供了候选靶点。这些发现不仅对芒果研究具有重要意义，也为其他作物的基因组学研究提供了重要参考。
本研究获得了国家自然科学基金、国家自然科学基金优秀青年科学家基金（海外）等项目支持。基因组所Zhoulab全体成员为本研究提供了建设性意见。