Page 95 - 《广西植物》2025年第3期

３ 期 陈丽琼等: 维管植物质体基因组多样性及其获取与应用研究进展 ４ ７ ５

先采用从头组装的策略ꎬ以避免信息遗漏ꎬ并且无 性 最 佳 的 是 ＧｅｔＯｒｇａｎｅｌｌｅꎮ 从 总 体 上 看ꎬ
需质体基因组的先验知识ꎮ 若从头组装失败ꎬ可 ＧｅｔＯｒｇａｎｅｌｌｅ 可作为质体基因组从头组装程序的首
考虑以下 ３ 种方法获得质体基因组ꎬ即使用有参 选ꎬ其次是 ＮＯＶＯＰｌａｓｔｙ 和 Ｆａｓｔ￣Ｐｌａｓｔꎮ 此 外ꎬ个 别
组装ꎬ或从头组装中引入近缘参考序列ꎬ或利用 类群如杜鹃花科(Ｅｒｉｃａｃｅａｅ)和灯心草属( Ｊｕｎｃｕｓ)ꎬ
ＬＡＳＴＺ 等软件基于参考序列进行手动拼接ꎬ但手 由于其质体基因组含有大于 ｋ￣ｍｅｒ 值的长重复区
动拼接比较依赖丰富的先验经验ꎮ 常用的有参组 域ꎬ二代测序的短片段不足以连接重复片段及其
装程序 有 ＯＲＴＨＯＳＫＩＭ( Ｐｏｕｃｈｏｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２) 和 侧翼区域ꎬ因此导致包含数百个 ｓｃａｆｆｏｌｄｓ 或 ｃｏｎｔｉｇｓ
ｃｈｌｏｒｏＥｘｔｒａｃｔｏｒ (Ａｎｋｅｎｂｒａｎｄ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎻ常用的 的结果文 件 无 法 获 得 完 整 的 质 体 基 因 组 ( Ｍｏ ｅｔ

从 头 组 装 程 序 有 ＧｅｔＯｒｇａｎｅｌｌｅ ( Ｊｉｎ ＪＪ ｅｔ ａｌ.ꎬ ａｌ.ꎬ ２０２２ꎻ Ｚｈｏｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２)ꎮ 对于此类复杂类群
２０２０)、 ＮＯＶＯＰｌａｓｔｙ ( Ｄｉｅｒｃｋｘｓｅｎｓ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１７ )、 推荐优先使用 ＯＲＴＨＯＳＫＩＭ 软件( Ｐｏｕｃｈｏｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ
ＳＯＡＰｄｅｎｏｖｏ ２ ( Ｌｕｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１２ )、 Ｆａｓｔ￣Ｐｌａｓｔ ２０２２)ꎬ或对其不确定的区域可以通过参考序列或
(ｈｔｔｐｓ: / / ｇｉｔｈｕｂ.ｃｏｍ / ｍｒｍｃｋａｉｎ)、ＣＬＣ 基因组学工 可视化每个 ｓｃａｆｆｏｌｄ 或 ｃｏｎｔｉｇ 的深度进行拼接ꎬ但

作平台(ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｃｌｃｂｉｏ.ｃｏｍ / )(表 ２)ꎮ 这很依赖现有的参考序列和测序深度ꎬ并且该结
Ｄｉｅｒｃｋｘｓｅｎｓ 等 ( ２０１７) 以 拟 南 芥 ( Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ 果无法直接用于质体基因组结构分析ꎮ 由于三代
ｔｈａｌｉａｎａ)和水稻(Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ)测序数据进行测试ꎬ 测序的 长 序 列 有 可 能 跨 越 长 重 复 序 列ꎬ Ｚｈｏｕ 等
结果表明仅 ＮＯＶＯＰｌａｓｔｙ 组装出完整的质体基因 (２０２２) 通过利用二代测序和三代测序的混合数
组ꎬ耗时和资源占用明显优于其他程序ꎮ Ｊｉｎ ＪＪ 等 据ꎬ成功获得灯心草属的质体全基因组数据ꎬ表明
(２０２０)选取了 ５０ 个植物样本对不同软件进行组 二代测序和三代测序的混合数据有助于解决含有
装效果测试ꎬ结果表明 ＧｅｔＯｒｇａｎｅｌｌｅ 的质体组装成 长片段的重复序列组装ꎮ 常用软件包括 Ｏｒｇａｎｅｌｌｅ
环率远高于 ＮＯＶＯＰｌａｓｔｙꎮ Ｆｒｅｕｄｅｎｔｈａｌ 等(２０２０) 以 ＿ＰＢＡ (Ｓｏｏｒｎｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１７)、Ｈｉｆｉａｓｍ (Ｃｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ
拟南芥为原始数据定量 / 定性评述了 ７ 种常用细 ２０２２)和 ｐｔＧＡＵＬ ( Ｚｈｏｕꎬ ２０２３)ꎮ 因此ꎬ在质体基
胞器基因组组装程序ꎬ结果发现用户在安装和运 因组组装过程中ꎬ应优先从头测序ꎬ若不能获得其
行分析方面体验最佳的是 ｃｈｌｏｒｏＥｘｔｒａｃｔｏｒꎬ资源损 完整的质体基因组ꎬ需针对类群质体基因组特征
耗最小的是 ＮＯＶＯＰｌａｓｔｙꎬ组装结果成功率和准确 选取适合的组装策略(表 ２)ꎮ

表 ２ 质体基因组组装策略对比表
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍａｊｏｒ ｐｌａｓｔｏｍｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ
组装策略
ＯＲＴＨＯＳＫＩＭ ｃｈｌｏｒｏＥｘｔｒａｃｔｏｒ ＧｅｔＯｒｇａｎｅｌｌｅ ＮＯＶＯＰｌａｓｔｙ ＳＯＡＰｄｅｎｏｖｏ２ Ｆａｓｔ￣Ｐｌａｓｔ ＣＬＣ 基因组学工作平台
Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ
是否需要参考基因组 需要 需要 不需要 不需要 不需要 不需要 不需要
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｇｅｎｏｍｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ Ｙｅｓ Ｙｅｓ Ｎｏ Ｎｏ Ｎｏ Ｎｏ Ｎｏ
省时ꎬ但受 省时ꎬ但受 较为省时ꎬ 省时且不受 费事且受 费事且受 费事且受
耗时程度 线程影响 线程影响 不太受线程影响 线程影响 线程影响 线程影响 线程影响
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ Ｓｈｏｒｔ (ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ (ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｍｅｄｉｕｍ (ｓｌｉｇｈｔｌｙ Ｓｈｏｒｔ (ｗｉｔｈｏｕｔ Ｌｏｎｇ (ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｌｏｎｇ (ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｌｏｎｇ (ａｆｆｅｃｔｅｄ
ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ) ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ) ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ) ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ) ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ) ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ) ｂｙ ｔｈｒｅａｄｓ)
ＣＰＵ 和内存占用量
中等 中等 低 低 高 高 不占用本地内存
Ｍｅｍｏｒｙ ａｎｄ
Ｍｅｄｉｕｍ Ｍｅｄｉｕｍ Ｌｏｗ Ｌｏｗ Ｈｉｇｈ Ｈｉｇｈ Ｎｏ
ＣＰＵ ｕｓａｇｅ
需要编程 需要一定的 需要一定的 需要一定的 需要编程
用户安装和运行的友好程度 基础 编程基础 友好 编程基础 编程基础 基础 友好且界面可视化
Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｈｉｇｈ
Ｌｏｗ Ｍｅｄｉｕｍ Ｍｅｄｉｕｍ Ｍｅｄｉｕｍ Ｌｏｗ
组装成功率和准确性 高 中等 高 中等 低 中等 低
Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｍｅｄｉｕｍ Ｈｉｇｈ Ｍｅｄｉｕｍ Ｌｏｗ Ｍｅｄｉｕｍ Ｌｏｗ

组装复杂质体基因组结构的 适合 不适合 可行 不适合 不适合 不适合 不适合
类群
Ｈｉｇｈ Ｌｏｗ Ｍｅｄｉｕｍ Ｌｏｗ Ｌｏｗ Ｌｏｗ Ｌｏｗ
Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ