bob.com原标题：Mol Plant 华大研究者点评长读长测序（2022年方法）：植物组学研究的进展方向
长读长测序（LRS）技术被《Nature Methods》评为“2022年度方法”，被广泛用于许多代表性物种的基因组测序中。该技术在科学研究中具有巨大作用和潜力，2021年LRS的市场价值为13.5亿美元，预计到2031年将达到44亿美元，从2022年到2031年的年均复合增长率达到14.4%。在本文中，作者讨论了LRS技术的应用现状和优势、LRS的成功案例和新发现、LRS在植物基因组学研究中的潜在广泛应用以及未来仍需克服的挑战。
随着测序技术、生物信息学工具和高分子量DNA提取方法的快速发展，我们现在能够对非常长的序列进行测序。LRS通常采用OxfordNanoporeTechnologies的纳米孔测序技术（超长读取长度约为100kb，R10。4的准确率为99%）和Pacific Biosciences的单分子实时（SMRT）测序技术（平均读数长度~20 kb，HiFi读数的准确率99.9%）。LRS的主要优点之一是它能够解析复杂的基因组区域，例如那些包含重复元件的区域，从而能够生成高度连续和准确的基因组组装。科学家们利用pacbio数据成功解析了茶树（ Camellia sinensis ）和猕猴桃（ Actinidia chinensis ）等复杂且高度杂合的单倍型基因组。
传统的短读长测序（SRS）方法在组装复杂区域具有局限性，导致基因组组装连续性差且不完整，而LRS技术能够获得较长读长，跨越基因组复杂区域，通过相应的组装软件从而获得更完整准确的复杂多样的植物基因组，进一步促进植物科学研究领域的发展（图1）。众所周知，基因组组装的最终目标是获得完整的单倍型基因组，相较于传统的二代测序技术，LRS技术可对物种特有的基因和基因组复杂未知区域中（如中心粒、转座元件和片段重复）的结构变异进行研究。拟南芥、猕猴桃、西瓜、马铃薯和水稻利用LRS技术首次获得了T2T级别的完整基因组，受到全球关注并得到科学界的高度评价，但这只是LRS潜在应用的开端。它解决了大量的片段重复，其中包含大量的重复基因。这些重复基因的亚功能化和新功能化对植物的适应和进化具有重要意义，正如籼稻完整基因组中所描述的那样，它揭示了活性转座元件和片段重复对水稻基因组进化的协同贡献。这也在其他几种植物中得到证实bob.com，包括巨型二倍体蚕豆、拟南芥、玉米和西瓜bob.com。
LRS的另一个潜在应用是研究植物-微生物的相互作用。植物-微生物互作在植物生长、发育和免疫中起着重要作用，但由于其复杂性和动态性，这些相互作用通常难以被研究。通过提供有关植物和微生物基因组的高分辨率信息，LRS可用于更加详细地研究这些互作关系。
LRS在泛基因组构建中的研究最近已应用于水稻和高粱等几种植物。研究人员开发了一种新的基于图形的泛基因组方法，该方法构建了个体之间遗传变异的详细图谱。通过使用珍珠粟的LRS数据，他们发现了让谷物更加耐热的基因，这对于开发能够更快适应气候变化的新品种至关重要。现在泛基因组可广泛用于各种植物，我们期望使用泛基因组作为参考对已发表的大规模重测序数据进行重新分析，以找到更全面的遗传变异集并更新先前的种群基因组结果。
LRS技术还可以同时检测碱基修饰以及其他组学特征，如表观基因组学、转录组学和宏基因组学，能够加深对复杂生物学机制的理解。由于LRS保留了基础分子结构，因此可获得遗传和表观遗传变异信息。为了研究完整参考基因组在重复序列的表观遗传调控，研究人员使用ONT读数在CG、CHG和CHH背景中发现了整个拟南芥着丝粒的广泛DNA甲基化。最近，LRS还被应用于了解脊椎动物种系结构变异的演化。类似的方法还可以应用于植物bob.com，通过对一株植物多个分支的成对体细胞（叶子）和生殖细胞（花粉）组织的基因组进行测序，剖析生殖细胞分离的时间，并研究它们的相互关系bob.com，以揭示它们潜在的发育历史。
但是LRS其高昂的测序费用，将会对大规模的开展基因组测序增加难度bob.com。目前，只有不到0.2%的绿色植物物种拥有全基因组测序数据，因此，即使是大多数的分类群，无论是科、属还是种，想要在参考基因组水平上进行描述，我们都还有很长的路要走。对于一些高度重复的复杂植物基因组，如黄瓜和小麦，仍然需要更长和更准确的LRS数据来实现完整和准确的T2T基因组。此外，LRS技术仍是一种相对较新的技术，处在迅速发展的阶段，这可能使不同研究的结果难以比较，也难以整合不同来源的数据。
第一作者Sunil Kumar Sahu博士近5年任职华大深圳生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室研究科学家。这项工作是10KP（万种植物基因组测序）项目（）的一部分。
通讯作者为深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室刘欢研究员，中国科学院大学研究生导师。
植物科学最前沿，专注于植物科学前沿进展、资讯、招聘信息的发布及方法软件共享等。投稿及招聘请后台回复“投稿”，均为无偿；商务合作请联系微信ID：zwkxqy；返回搜狐，查看更多