Bionano Saphyr 光学图谱作为基因组学研究的重要工具，其关键技术DLS标记（Direct Label and Stain）能够在不产生任何物理损伤的情况下，完成基因组DNA标记，从而获得完整、真实的超长DNA标图谱，分子N50长度最高可达300kb以上！

Bionano光学图谱展现了天然DNA分子的真实景观。利用SP DNA分离试剂盒获得超长DNA分子，用直接标记染色法(DLS)进行无损荧光标记，通过纳米微流控芯片将每一条DNA分子线性化展开，并进行高分辨率荧光成像，为基因组学下游应用提供原始DNA景观。这一真实的基因组物理图谱，为基因组组装提供了染色体尺度的框架，并能高效检测到大片段纯合子和杂合子结构变异。

Bionano光学图谱提供了基因组染色体级别的宏观框架，可以对Nanopore或PacBio测序拼接的Contig序列，进行排序和定位，并准确估计相邻Contig gap长度，同时可以识别并纠正Contig组装中潜在的错误连接，生成高质量的Scaffold序列。

图1 Bionano光学图谱与Contig序列混合组装。利用从头组装的Bionano光学图谱对Contig序列进行排序定位。

混合组装将最初的数千个Contigs缩减至少量Scaffold，提高了组装的准确性和质量，显著改善组装基因组的连续性。希望组基于Bionano saphyr Gen2平台数据能够将组装基因组Scaffold N50提升至124.65Mb，提升效果高达121倍！

Hi-C技术能够将短的序列Contig连接到染色体长度的Scaffold上。然而，这种高度随机的基于核内染色质交联频率的统计方法，在Contig排序和定向上有大量的错误。Bionano光学图谱可以帮助识别并纠正这些错误（图2）。

图2 某植物Hi-C基因组组装与Bionano光学图谱比对。Bionano光学图谱可以识别出Hi-C装配过程中错误定位的5个Contigs。在差异区域，长读测序技术与Bionano结构一致，进一步支持Bionano装配的准确性。

Bionano光学图谱可以利用单分子荧光标记检测结构变异，包括平衡易位、重复扩张、侧翼重复，甚至是大片段重复的重排，能够特异性展示基因组真实结构（图3）。

图3 Bionano光学图谱（蓝色）与参考序列（绿色）比对检测基因组结构变异。

继攻克大型基因组组装难题后，希望组科技服务开发出自动化Hi-C纠错挂载流程，不仅能纠正组装序列的错误，还解决了大型基因组Hi-C挂载错误多，难以人工校正的问题，实现大型基因组从草图到染色体水平组装的全流程技术突破。

目前，利用Hi-C技术将基因组草图序列高精度地定位到染色体，并确定其在染色体上的顺序和方向，构建出染色体水平基因组，已经成为动植物基因组de novo组装的标准配置。然而，某些具有大型基因组的物种很难获得染色体水平的基因组，一方面，大型基因组草图组装难度大，已经发表的大型基因组，组装指标普遍较低，Contig N50多在Kb级别；另一方面，碎片化的大型基因组草图，导致Hi-C挂载率普遍不高组内错误较多，并且几乎无法通过人工方式进行调整。缺少染色体级别的基因组序列，严重阻碍了大型基因组染色体进化、比较基因组及三维基因组研究工作。

针对大型基因组组装问题，希望组基于NextDenovo自主组装算法结合纳米孔测序的超长读长优势，已完成了多个10Gb以上大型基因组的测序组装工作，获得的大型基因组的Contig N50均在Mb水平，基因组完整性也较高，为实现染色体水平的组装奠定坚实基础。

基于高质量的基因组草图，大型基因组的Hi-C挂载率提升明显（95%以上），但是热图显示组内挂载错误较多（图1）。使用传统的软件或人工可以对比较小的基因组进行Hi-C热图校正，但是大型基因组几乎无法采用这种方法。

图1 某大型基因组Hi-C初始挂载热图（左）和自动化纠错、校正后的Hi-C热图（右）

为此希望组开发出自动化Hi-C纠错挂载流程，可以进行Hi-C互作热图绘制展示和组装结果调整，从图形上快速校正已有组装的错误。某大型基因组经过自动化Hi-C纠错、校正以后组内错误得到了极大改善，热图中邻近的序列间（对角线位置）交互强度高，而非邻近的序列之间（非对角线位置）的交互信号强度弱，在对角线以外区域没有明显的噪音（较强交互强度），证明基因组组装效果较好（图1）。

大型基因组的测序和组装仍是世界性难题，希望组通过自主研发NextDenovo组装算法、攻克纳米孔超长测序瓶颈、开发自动化Hi-C纠错挂载流程，最终实现大型基因组从草图到染色体水平组装全流程的技术突破。这是希望组在基因组组装领域持续深耕多年的技术实力的集中体现。

对大型基因组组装感兴趣？

请联系希望组当地科技顾问，或发送邮件至sales-support@grandomics.com。

希望组科技服务，为您的科研之路保驾护航！