真菌植物病原体のゲノムにおける変異体発見について

On Variant Discovery in Genomes of Fungal Plant Pathogens.

• Lizel Potgieter
• Alice Feurtey
• Julien Y Dutheil
• Eva H Stukenbrock

抄録

真菌や真菌を含む真核生物の病原体のゲノムを比較解析した結果、ゲノムの構成や構造に大きなばらつきがあることが明らかになってきた。同じ集団の個体のゲノムでも、染色体数や染色体セグメントの構成が異なる場合があり、植物感染性真菌の病原性に重要な役割を果たす、いわゆるアクセプターコンパートメントを定義していることがわかっている。このような構造的変異の多さは、集団ゲノム解析の方法論的課題となっています。集団シーケンスデータからの変異の発見は、通常、参照ゲノムへのショートリードのマッピングに基づいて確立されたパイプラインを使用して達成される。これらのパイプラインは、植物や動物の真核生物ゲノムにおいて、一塩基多型や短い挿入・欠失を検索するために開発され、広く利用されてきました。しかし、これらの手法では、大規模なゲノム構造変化を推論することはできません。ここでは、真菌病原体ゲノムの特性を模倣したシミュレーションデータセットを用いて、短い読み取りデータのゲノムアセンブリーと全ゲノムアラインメントに基づくパイプラインを用いた従来のバリアント発見アプローチと比較している。その結果、後者のアプローチは、十分なカバレッジを持つ配列データを用いた場合には、リードマッピングに基づく手法と同等のパフォーマンスを示すことを示した。このアプローチは、特に集団ゲノムデータを生成するための第三世代シークエンシング技術の利用が増加していることから、さらに多くの種類のゲノム多様性を探索することを可能にすることを論じている。

Comparative genome analyses of eukaryotic pathogens including fungi and oomycetes have revealed extensive variability in genome composition and structure. The genomes of individuals from the same population can exhibit different numbers of chromosomes and different organization of chromosomal segments, defining so-called accessory compartments that have been shown to be crucial to pathogenicity in plant-infecting fungi. This high level of structural variation confers a methodological challenge for population genomic analyses. Variant discovery from population sequencing data is typically achieved using established pipelines based on the mapping of short reads to a reference genome. These pipelines have been developed, and extensively used, for eukaryote genomes of both plants and animals, to retrieve single nucleotide polymorphisms and short insertions and deletions. However, they do not permit the inference of large-scale genomic structural variation, as this task typically requires the alignment of complete genome sequences. Here, we compare traditional variant discovery approaches to a pipeline based on genome assembly of short read data followed by whole genome alignment, using simulated data sets with properties mimicking that of fungal pathogen genomes. We show that the latter approach exhibits levels of performance comparable to that of read-mapping based methodologies, when used on sequence data with sufficient coverage. We argue that this approach further allows additional types of genomic diversity to be explored, in particular as long-read third-generation sequencing technologies are becoming increasingly available to generate population genomic data.

Copyright © 2020 Potgieter, Feurtey, Dutheil and Stukenbrock.