Application of genome assembly methods to human and non-human primate genomics

Kuderna, Lukas

Application of genome assembly methods to human and non-human primate genomics

Document Type

Doctoral thesis
Published Version

Author

Kuderna, Lukas

Director

Marquès i Bonet, Tomàs

Publication Date

2020-01-24

Pages

97 p.

License

Citation

Kuderna, L. Application of genome assembly methods to human and non-human primate genomics. Universitat Pompeu Fabra; 2020. handle: http://hdl.handle.net/10803/668648

This citation was generated automatically.

Doctoral program

Programa de doctorat en Biomedicina

Abstract

Genomic analyses are at the center of contemporary biology. These studies heavily rely on reference genome assemblies, yet those are typically highly fragmented. Having accurate representations of complex genomes, or parts thereof, is crucial to study human and primate evolution and disease. Here, we develop and apply new sequencing strategies and technologies to improve reference assemblies. We first explore the combinatorial potential of different datasets to generate a highly improved reference for the chimpanzee, a crucial species for the study of human origins. We are able to close 77% of the over 159.000 remaining gaps in the previous iteration of this species’ assembly and increase continuity by more than 750%. We then go on to develop a workflow to assemble the first human Y chromosome of African ancestry, using native flow-sorted chromosomes sequenced on a Nanopore device. We are able to assemble the Y chromosome to a reference grade quality and achieve unprecedented sequence resolution across structurally complex regions. These results open new avenues for comparative studies including the chimpanzee genome or human Y chromosomes.
Els anàlisis genòmics són el centre de la biologia contemporània. Aquests estudis depenen molt de l’assemblatge de genomes de referència, tot i que aquets en general estan molt fragmentats. Tenir representacions precises de genomes complexos, o parts d’aquests, és crucial per estudiar les malalties i l’evolució en humans i primats. En els estudis següents, desenvolupem i apliquem noves estratègies i tecnologies de seqüenciació per millorar els assemblatges de referència. En primer lloc, explorem el potencial de combinar diferents conjunts de dades per generar una referència substancialment millorada per al ximpanzé, una espècie crucial per a l'estudi dels orígens humans. Som capaços de tancar el 77% dels més de 159,000 buits que hi havia a la iteració prèvia de l’assemblatge d'aquesta espècie, i augmentar la continuïtat en més del 750%. A continuació, desenvolupem un protocol per assemblar el primer cromosoma Y humà d’ascendència africana, utilitzant cromosomes nadius aïllats per citometria de flux i seqüenciats mitjançant un dispositiu Nanopore. D’aquesta manera, aconseguim assemblar el cromosoma Y a una qualitat de referència i una resolució de seqüències sense precedents en regions estructuralment complexes. Aquests resultats obren noves vies per a estudis comparatius que inclouen el genoma del ximpanzé o els cromosomes Y humans.

Keywords

Primate genomics, Genome assembly, Long read sequencing, Y chromosome, Chimpanzee, Genòmica dels primats, Assemblatge de genomes, Seqüenciació de lectures llargues, Cromosoma y, Ximpancé