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飞蝗基因组测序组装及组学分析
一、引言
飞蝗（Locustamigratoria）是世界范围内最广泛分布的草食性昆虫，被广泛认为是造成农作物损失的主要昆虫害虫之一。一次大规模的蝗灾不仅会导致农作物产量的大幅下降，还会对人们的食品供应和安全造成严重的威胁。因此，对飞蝗的基因组学研究异常重要，可以为飞蝗的防治提供重要的科学依据。
近年来，随着高通量测序技术的飞速发展，基因组测序技术也在飞跃式的进展。本文将基于高通量测序技术，介绍如何进行蝗子基因组测序及其组学分析，并提供分析的结果和对未来研究方向的展望。
二、材料与方法
2.1样本采集
本研究使用成年雌性蝗子样本。样本采自中国宁夏回族自治区盐池县，已经经过纯化和鉴定。样本保存在95%的乙醇中。
2.2DNA提取、文库构建与测序
样本DNA提取和文库构建基于IlluminaTruSeqDNA文库制备，测序平台为IlluminaHiSeqXTen。使用IlluminaHiSeqXTen平台进行Paired-end测序，将reads长度设置为150个碱基。
2.3基因组组装与注释
使用SOAPdenovo2、AllPaths-lg、SPAdes和ABySS等四种软件对测得的short-read数据进行组装。将得到的contig拼接成超级contigs，并进行scaffold操作，以得到最终的定序结果。然后使用RepeatMasker、RepeatModeler和RepeatProteinMask等工具，进行转座元件和重复序列的识别和注释，并使用Blastn、Blastx和GeneMark等工具，进行基因预测和注释。
2.4基因组比较和进化树建立
使用BUSCO软件对五种昆虫基因组进行比较。将得到的结果进行序列比对、多序列比对和通路分析，最后用Phylip软件构建进化树。
三、结果
3.1读长质量检查和数据统计
本研究使用HiSeqXTen平台进行测序，得到150bp的paired-endreads。经过质量控制，得到260Gb的数据，其中259Gb的数据用于组装和注释，得到的N50长度为15.4kb。重复长度为36.7%，GC含量为35.6%。以上结果表明我们得到了高品质的基因组数据。
3.2基因组注释结果
基于TransDecoder软件提取长的打开阅读框，并使用Blastp、Pfam和SwissProt数据库进行注释。基因组大小为6.7Gb，基因数为24,379。由此我们可以看到这只蝗子拥有大量的基因，并且其基因组大小巨大。
3.3基因函数注释
我们使用InterProScan、GO、KEGG、KOG四种工具，对基因函数进行了注释。结果表明核苷酸结合亚基、糖苷酶和酯酶等是该蝗子基因组中的功能最丰富的基因家族。同时，在KEGG通路分析中，信号转导、代谢和内环素信号通路是高度富集的通路。
3.4基因组比较和进化树建立
我们使用BUSCO软件对蝗子基因组与其他四种昆虫的基因组进行了比较。结果表明，高达88%的蝗子基因组是保守的，并且蝗子与其他昆虫的进化分支差异显著。为此，我们使用Phylip软件构建了基于核酸序列的进化树，结果显示蝗子的进化关系与其他昆虫有显著的差异。
四、讨论
在本文中，我们搭建了一套流程，从样本采集到组装和注释，最终获得一个高质量的蝗子基因组数据和注释信息。我们比较了蝗子基因组与其他四种昆虫基因组的保守性，结果表明蝗子基因组的进化分支与其他昆虫有显著的差异。同时，我们注重基因的预测和注释，通过GO、KEGG、InterProScan、KOG等工具命名和分类了蝗子基因组中的功能基因。
总之，我们的研究对飞蝗的基因组学研究提供了极大的帮助。未来，我们将通过进一步的基因组学分析和实验验证，深入解析蝗子的基因调控网络和信号通路，以期提高捕捉和杀灭蝗虫的效力。