完整的家鼠Y染色体端粒到端粒序列

《SCIENCE》：The complete telomere-to-telomere sequence of a mouse Y chromosome

　　

编者摘要

虽然众所周知重复性染色体区域难以测序，但这些区域并非均匀分布。许多此类区域可在Y染色体上找到，导致基因组组装中出现缺口。Li等人生成了小鼠Y染色体的T2T序列，覆盖了此前参考基因组中发现的25个缺口，并完成了小鼠T2T基因组。他们注释了142个此前未鉴定的基因，其中部分与假常染色体区域之外X染色体上的基因同源。基因表达在雌雄小鼠之间保持一致，包括某些在失活的X染色体和Y染色体上表现出逃逸X染色体失活现象的基因。——Corinne Simonti

结构化摘要

引言

与小鼠常染色体和X染色体不同，小鼠Y染色体为近中着丝粒染色体，同时包含基因编码区域和非编码调控元件，其中许多在当前参考基因组（GRCm39）中尚未被表征。Y染色体上仍存在大量序列缺口，尤其是在短臂和长臂的假常染色体区域（PAR）。虽然长读长测序技术已推进了Y染色体的组装，但现有参考序列仍不完整，这限制了对小鼠Y染色体的功能分析。

研究背景

虽然利用单倍体胚胎干细胞（mhaESCs）已实现了小鼠常染色体和X染色体的端粒到端粒（T2T）组装，但这些细胞缺乏Y染色体，因此无法采用类似的组装策略。为克服这一局限性，我们利用2周龄C57BL/6雄性小鼠生成了小鼠Y染色体的T2T组装（mT2T-Y）。我们整合了PacBio HiFi读取、牛津纳米孔技术超长读取、Illumina短读取和Pore-C数据来组装该染色体，并对其重复性景观和编码区域进行了全面注释。

结果

组装的mT2T-Y跨度为95.21 Mbp，重复序列含量为91%，而人类Y染色体仅为62.46 Mbp。我们在短臂上鉴定了两个Y特异性卫星区域，表现为回文（CTAT）_n/（GATA）_n阵列，其中携带编码长非编码RNA（lncRNA）的基因。此外，我们揭示了一个仅跨越0.10 Mbp的Y特异性小卫星（miSat）阵列，该阵列缺乏在常染色体和X染色体上发现的典型CENP-B结合基序。通过将GENCODE vM36注释与从头预测相结合，我们编制了小鼠Y染色体上存在基因的目录，其中包括142个此前未鉴定的基因。基因表达谱分析揭示了性染色体上同源基因之间的剂量补偿现象。最后，我们界定了完整的PAR，解析了其重复性结构，并鉴定了一个与性染色体间减数分裂重组相关的Spo11靶位热点。

结论

该mT2T-Y组装揭示了Y染色体的详细架构，为群体遗传学、进化分析和功能基因组学等领域的未来应用提供了基础。

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完整无缺口的小鼠Y染色体组装揭示了其功能景观。

C57BL/6小鼠Y染色体的端粒到端粒（T2T）组装显示其重复序列含量为91%。该注释揭示了Y特异性着丝粒重复序列、此前未鉴定的基因、剂量补偿谱以及假常染色体区域（PAR）。[图表由BioRender.com制作]

摘要

小鼠Y染色体对雄性生殖至关重要，然而GRCm39参考基因组中存在25个缺口，尤其集中在重复性和复杂区域。在此，我们从C57BL/6小鼠组装了纳入亲本基因组信息的95.21 Mb端粒到端粒Y染色体（mT2T-Y）。该组装填补了所有缺口，纠正了结构错误，并为参考基因组增添了超过8.70 Mb的先前未组装序列。我们注释了142个此前未鉴定的基因，鉴定了Y特异性卫星阵列，并绘制了假常染色体区域（PAR）中的同源重组位点。XY同源基因表达分析揭示了一种Y染色体剂量补偿机制。通过将mT2T-Y与T2T mhaESC相结合，我们完成了C57BL/6所有染色体的T2T组装，命名为T2T mhaESC+Y，提供了完整的C57BL/6参考基因组。