Long Read Sequencing III - 유전체 크기 추정하기

본 post는 국가생명연구자원정보센터(KOBIC) 주관 서울대학교 박사 후 연구원 김준님의 유전체 크기 추정하기를 정리한 내용입니다.

Intro

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• 유전체 크기를 추정하는 다양한 방법에 대해 알아봅니다.

• 시퀀싱 데이터로부터 직접 유전체 크기를 추정해봅니다.

• 앞으로 강의에서 다루는 분석내용은 STAR Protocols에 상세히 정리되어 있습니다.
  
  

유전체 크기 추정 - Wet 실험

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유전체 크기를 추정해야 하는 이유는 다음과 같습니다.

1. 생산해야 할 총 시퀀싱 양 & 시퀀싱 비용 계산에 필요합니다.

2. 몇몇 genome assembler 작동시킬 때 option으로 넣어줘야 합니다.

3. 사람 같이 이미 알려진 종에서는 생략 가능합니다.
   
   

유전체 크기 단위는 C-value를 사용합니다.

haploid DNA 질량 1pg은 대략 haploid genome size 1Gb와 유사하다고 볼 수 있습니다.

1pg(haploid DNA 질량) ~= 1Gb(haploid genome size)

실험적인 방법으로 genome size를 추정하는 방법은 다음과 같습니다.

1. 형광 + flow cytometer

   • 알려진 nucleus를 control로 삼고, 모르는 종의 nucleus 등을 뽑아 함께 염색합니다. 이후 형광 세기를 비교하여 genome size를 추정합니다.

2. Single-copy gene + qPCR

   • gDNA 추출 후 전체 질량 및 single-copy gene의 copy number를 측정합니다. 두 값을 활용하여 haploid genome size를 추정합니다.
     
     

유전체 크기 추정 - 알려진 DB

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유전체 크기를 모아놓은 다양한 DB가 존재합니다.

1. Animal Genome Size Database

   • 약 6,222개 동물종에 대한 genome size data를 확인할 수 있습니다.
     
     

2. Plant Genome Size Database

   • 약 12,273개 식물종에 대한 genome size data를 확인할 수 있습니다.
     
     

유전체 크기 추정 - 시퀀싱 데이터

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DNA 시퀀싱 기반 유전체 크기를 추정할 수 있습니다.

가상의 유전체 지도를 가정하고 생산한 DNA read응 유전체 지도에 mapping 합니다. 전체 생산 DNA 시퀀싱 총량을 depth로 나누어 유전체 크기를 추정할 수 있습니다.

예를들어, 5Gb의 시퀀싱 데이터를 생산하여 mapping 했을 때 약 5x depth로 mapping 되었다면, genome size는 약 1Gb라고 추정할 수 있습니다.

DNA 시퀀싱 활용한 유전체 크기 추정
https://www.edwith.org/longread-seq-2023/lecture/1475110

DNA와 RNA 시퀀싱을 활용해서 유전체 크기를 추정할 수 있습니다.

Genome 대신 transcript 정보를 확보하고, 여기에 DNA read를 mapping해서 genome size를 추정합니다.

장점으로는 DNA data가 적어도 된다는 점입니다. 단점은 transcript quality가 좋지 않으면 genome size 추정이 부정확합니다.

DNA+RNA 시퀀싱 활용한 유전체 크기 추정
https://www.edwith.org/longread-seq-2023/lecture/1475110

Take Home Message

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새로운 종의 genome assembly를 해야할 때는 유전체 크기 추정을 해야합니다.

다양한 방법이 있으며 시퀀싱 데이터만 가지고도 유전체 크기 추정이 가능합니다.