多功能，高通量测序支持澳大利亚基因组中心增长

介绍

两个驱动力量是在澳大利亚创造迪克因基因组学中心的核心。¹首先是降低测序成本，并提供更快地将数据归结为Deakin研究人员。第二个是创造一个可以为大学和更大社区提供的基因组学中心，包括农民，工业和保护科学家。它的交付不止于此。

Chris Austin，博士，迪肯大学生命和环境科学学院教授和领导，于2017年底成立了Deakin Genomics中心。它位于大学的大学的主要校园，位于Goys Ponds Gelong，靠近其Queenscliff Marine研究站。除了MENISEQ和两个MISEQ系统之外，该设施还有一个NOVALEQ 6000系统，可以处理高吞吐量，大规模排序项目。迪克林基因组学中心有六个人，是一个重要的教学设施，支持迪肯基因组学研究界和本科和研究生教学计划的增长。它还刺激了与澳大利亚的研究人员的基因组学合作，远远超出其海岸，他正在研究各种物种并进行各种项目。

“我们永远不知道我们接下来要研究什么植物或动物物种，”奥斯汀博士说。“我们已经对从古沃勒米松到羊驼、小丑鱼、对虾、鲍鱼、真菌和细菌的所有东西进行了测序。迪肯基因组中心已经成为合作的中心，而不仅仅是按服务收费的协议的制造者。由于我们设备的性能，我们一直在与新的研究人员会面。”

Conomunity与奥斯汀和拉里·克罗特博士，迪肯基因组学中心基因组学和经理副教授谈到其农业和水产养殖合作，生物多样性和保护研究，以及下一代测序（NGS）带来这些研究的价值努力。

博士，博士是迪肯大学的生命和环境科学学院教授，拉里·克罗夫特是迪肯基因组学中心的基因组学和经理副教授。

问:迪肯基因组学中心为什么成立?

Chris Austin（CA）：当我去年到达吉朗校区时，有几位研究人员在不同学科和学校进行了基因组研究。然而，它们被隔离，独立，大部分测序都以不必要的费用外包，通常是长期延迟，并且没有对实验设计，样品制备或生物信息学的任何帮助。

我们意识到基因组学设施可以为Deakin University提供新的，有价值的研究平台。通过建立迪肯大学基因组中心，我们可以提供给研究人员基因组学服务，从成立到的数据分析支持他们的学业。我们还能够将学生介绍到最新的基因组技术和方法，并为他们提供最佳赚取高度或获得商业领域工作的机会。

问：NGS先进的研究研究曾经与旧的基因组方法进行了一次吗？

拉里克罗夫特（LC）：我们已经看到了NGS转变研究研究。例如，我们确定了一个令人迷人的，明亮的红色假单胞菌殖民地十多年前。我们知道在基因组的某个地方有一个点突变，但我们不知道在哪里，所以我们把样本放在冰箱里。十年后，我们用MiSeq系统对它进行了测序，在三个小时内我们确定了导致红色的突变。这可能是我写过的最快的一篇科学论文了。

CA:NGS为迪肯大学(Deakin University)著名科学家、澳大利亚科学院(Australian Academy of Science)院士约翰·恩德勒(John Endler)教授的研究增加了一个重要的新维度。多年来，他一直在我们部门的地下室里，在不同的光照条件下饲养着数千只孔雀鱼。他正在研究在这些环境下的性选择和行为方面并观察各种表型特征的进化。

几年前，我们没有一个NGS系统，可以使我们能够排序80-100个，但在一项研究中更不用1000岁。Novaseq 6000系统成本有效地易于对许多GUPPY Genomes进行排序。我们已经鉴定了与这些实验群体中记载的重要表型特征有关的特定基因。它是NGS如何为现有的研究程序添加另一层值的经典案例。

“无论是水稻、黄瓜、蚕还是羊驼，我们都在寻找基因标记，以改善物种，同时保持固有的多样性。”

问:迪肯基因组中心吸引了哪些类型的合作?

CA:拥有Novaseq 6000系统正在吸引国际合作者的兴趣。该大学在印度拥有强大的联系，我有经验与越南和马来西亚合作。除了与我们在他们国家的基因组项目合作之外，他们还将学生和工作人员送到迪肯大学培训。我们可以获得从这个新的基础架构和Novaseq 6000系统的存在。

此外，许多这些国际项目都是针对Agrigenomics或Aquagenomics研究的重要商业物种，如虾和虾。这对迪肯大学非常有用。我们希望被视为表演具有全球影响的高质量研究，并对社区的重要影响，例如通过选择性育种改善农场水平的效率。

基因组选择是基因组学推动的传统育种的延伸，农民已经进行了几个世纪。在发展中国家，他们往往没有基因组学或基础设施来帮助农民利用遗传选择来改进他们的作物、畜群或水产养殖育种。改善鱼类或虾等高蛋白主食是各国改善国民福祉的一项有力战略。

问：你在努力的农业项目是哪些类型的农业项目？

CA:我们的农业研究往往会看出商业作物和较少的常规物种。无论是水稻，黄瓜，蚕，还是羊羔，我们都在寻求识别遗传标志，以改善物种，同时保持固有的多样性。

LC:传统农业育种的缺点是它基本上近亲繁殖。例如，Alpacas已经为理想的羊毛繁殖。然而，该羊毛的遗传标记与导致羊驼死产的遗传疾病有关。排序使我们能够识别和保留我们想要的特征，同时消除近亲繁殖的问题。通过混合人口，我们讨论并将多样性和野性带回人口。

问：水产养殖的遗传选择项目如何与农业不同的水产养殖项目？

CA:由于物种的性质，水产养殖中的遗传改善可能比农业更具挑战性。我们有限预先存在于大多数鱼和甲壳类动物的基因组知识。它降低了使用基于分子的选择性育种作为提高生长或抗病抗性的工具的能力。我们在这些情况下的第一步是排序基因组。

LC:水产养殖遗传研究经常支持保护研究。它汇集了为了特定的特性而养殖鱼类的人们和致力于保护野生物种的人们。将野生鱼类引入繁殖种群以确保多样性是很重要的。因此，育种者需要投资于野生物种的保护。

“......我们可以在很大的深度下进行大规模的人口测序。廉价的价格是廉价的。这支持濒临灭绝的物种测序和新应用，如EDNA测序为生物多样性研究。”

问:NGS如何支持保护和环境DNA (eDNA)生物多样性研究?

LC:我们已经变得非常涉及排序濒危植物和动物。濒危物种的第一件事之一是它们被分离成分散的人口群岛。那些碎片的人口开始近亲繁殖，人口的遗传多样性降低，物种开始消失。

CA:我们可以廉价地使用Novaseq 6000系统进行大规模的人口测序。支持濒危物种测序和新应用，如EDNA测序用于生物多样性研究。在过去，我们不得不抓住网，并在现场出去直接样本，我们对测序感兴趣。今天，我们获得水样，过滤，提取EDNA和序列。这是生物多样性调查中完全不同的视角。

问：你进行了哪些类型的edna研究？

CA:我们正在使用我们的一个合作者进行eDNA研究鲨鱼和侵入式海洋物种。我们测序海洋水样，以检测其存在，甚至可以识别个体的遗传签名。

我们还对一种淡水小龙虾进行了测序，在当地被称为北雅比或红爪小龙虾(Cherax quadricarinatus），具有超过200染色体的大重复基因组。其中许多人口都是通过环境变化的本地化和威胁。红爪小龙虾用于水产养殖，并在全世界的原生范围之外广泛引入。EDNA研究使我们能够了解其群体的程度和动态。

LC:我们对红爪小龙虾基因组的大小感到惊讶。似乎在大型基因组大小和群体多样性低之间存在相关性。这些小龙虾生活在孤立的溪流中，所以经常与他们的亲戚一起繁殖。限制人口混合和遗传多样性。

我们测序红爪小龙虾的线粒体DNA，并将它们放入分类树中。然后我们从各种流中取水并进行了edna测序以确定小龙虾种群结构。它使我们能够识别出现显着近亲繁殖的流或濒危小龙虾群体的流。

CA:我们在越南有另一个项目，对虾池进行取样，并使用eDNA测序来确定有害病毒和细菌的存在。我们寻找一种微生物特征来表明池塘是健康的还是可能易受疾病的影响。这些数据可能有助于我们开发益生菌，以改善水产养殖物种的健康。

问：你表演了吗？新创对任何不寻常的物种进行排序？

CA:我的研究组测序的第一条鱼是亚罗马亚纳，在马来西亚发现淡水鱼。搬到迪肯大学后，我们继续研究这个物种。这是鱼类家谱的古老鱼。它的基因组对进化生物学家具有相当大的兴趣。这些物种具有几种不同的颜色形式，并且在东南亚和印度尼西亚包括马来西亚和印度尼西亚的不同国家。

Arowana是世界上最经济上最有价值的鱼之一。除了具有商业价值之外，它还被称为龙虾，被中文遗产的人审议了一个幸运的鱼。自然亚罗瓦纳人群是鲜艳的红色或金色，有一个重要的水产养殖业。然而，繁殖它们存在重大挑战，因为难以确定鱼的性别。我们尚未钉住性别决定论的机制。

当我们决定排序亚罗瓦纳时，我们吸引了渔业养殖社区的重要兴趣和有兴趣使用生物技术支持育种者和供应商的人们。该项目对Deakin Genomics Center有益，因为它已经开设了与公司合作的门，容易发生鱼类的测试，并识别不同颜色形式的标记。因此，创建第一个Arowana参考基因组导致了各种其他项目，将该项目扩展到其初始范围之外。

我们还测量了Murray Cod，这是澳大利亚最大的淡水鱼。它受到垂钓者的欢迎，并以许多不同的水路储存。我们的研究产生了水产养殖研究人员甚至保护主义者的兴趣。有一些具有特殊保护意义的人口，需要仔细管理。再次，具有参考基因组提供了一个平台，使我们能够扩大我们的原始研究。

问：是否有任何唯一的物种已测序？

CA:澳大利亚已经在地理位置上孤立了数百万年，所以我们只有许多植物和仅在这里发现的动物。每个人都熟悉我们的袋鼠，考拉和鹦鹉，但我们的植物和无脊椎动物在生物学上同样鲜明和有趣。

作为环境生物学家，我们总是对学习独特的植物和动物群感兴趣。公平地，最近，Wollemi Pine被发现在悉尼以外150公里的峡谷中。它基本上是活化石。

LC:寻找活的Wollemi Pine是植物的相当于在野外寻找恐龙。数百万年前，这些树木曾经有澳大利亚，新西兰和南极洲。他们在野外确定了大约60个其他沃尔玛杉树，使物种危及危害。它现在已经繁殖，后代在世界各地生长。这些松树很容易生长，即使在北半球的高纬度。

CA:NovaSeq 6000系统使我们能够对沃勒米松基因组进行测序。事实证明，它有一个庞大的、重复的基因组，几乎没有遗传变异。这是显著的。

LC:我们正在使用超级计算机来组装Wollemi基因组，这是人类基因组大小的两倍。完成大会需要几个月的时间。

问：您是否对任何其他有趣的物种进行了排序？

CA:我住在达尔文和北澳大利亚，并在博物馆里工作，一些同事正在学习小丑鱼分类和演变。我意识到没有人对小丑鱼进行测序，所以我们去了当地的珊瑚礁并收集了一些。我们选择了一种棕色的种类（Amphiprion Ocellari.s）而不是人们从电影中了解的通常橙色和白色条纹版本海底总动员．²

小丑鱼参考基因组将使研究能够回答生态学和生物学问题，比如为什么有这么多颜色，以及这些鱼是如何忍受海葵产生的神经毒素的。海葵是它们的宿主。

LC:迪肯基因中心正在协助进行袋獾研究。袋獾的数量正在下降，因为一种独特的可传播癌症减少了它的数量。我们正在使用基因组测序来支持剩余动物的选择性繁殖，以使种群多样化，并增加其遗传活力。

我们也与Quoll，一个濒临灭绝的Marsupial进行类似的研究。Deakin University参与了几个Quoll繁殖计划，我们通过排序个人来支持这些努力。

问：你会给考虑过渡到NGS的人吗？

CA:对于考虑NGS的人，我建议他们慢慢开始。我们随着时间的推移制定了我们的知识和技能。

对于负担不起自己的NGS系统的研究人员，我建议与服务提供商合作。这将允许他们在一些样本中发送并理解技术的好处。

我们有一个人们在他们的样本中发送的程序，我们向他们提供高级数据，请使用它们查看结果，然后协助下一步。这是美国和其他服务提供商之间的区别。我们可以帮助实验设计和图书馆准备，如果需要，数据分析和稿件的准备。

问：在农部组织中的NGS新兴应用是什么？

CA:我认为与Novaseq 6000系统的NGS将成为推进常规和不寻常物种的选择性育种的基本工具。我们在澳大利亚有绵羊，小麦和棉常规育种工作，现在也将受益于高级别的基因组学。还有一系列的物种，我们对根本不太了解。要了解这些物种，我们不再需要历史悠久的基因组和遗传信息。我们可以选择一个物种，现在有能力序列并快速生成大量数据。

我相信全基因组测序(WGS)将使我们能够更有效地进行选择性育种。WGS比传统育种提高了20%以上的遗传改良率。在大多数物种中，微阵列没有足够的基因改良标记。WGS为我们提供了广泛的遗传信息，以了解理想性状和有害性状之间的联系，使我们能够在选择理想性状的同时保持遗传多样性。这种方法将会非常强大。

问:未来您将使用NovaSeq 6000系统进行哪些类型的研究?

CA:我们正在讨论一个项目来排序澳大利亚所有的淡水鱼类。它将有利于我们对这些物种的演变并有助于保护的理解。我们还在新南威尔士州的新南威尔士州的项目中使用新南威尔士州的各种植物种类的基因组。这些项目是我们希望在Novaseq 6000系统中启动的项目的规模和性质的完美示例。

CA:测序应用的多样性令人难以置信。我们才刚刚开始着手解决有趣的环境问题。

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