Nature方法 | 三代长读长宏基因组组装软件metaFlye

                简介                 

a，不同基因组类型构成的组装草图；重复边、单边分别使用彩色和黑色线条展示，metaFlye可将X、Y、Z边鉴定为重复边。b，两个物种序列构成的简单气泡结构。c，三个物种序列构成的超级气泡结构。d，两个物种序列构成的环路结构，其中一条序列与另一条宏基因组组装产物的某些不同区域具有重复。

2.2   组装多个相似细菌基因组

种株水平的细菌基因组种，共有序列和特有序列常形成一个简单气泡结构（图1b）或超级气泡结构（图1c），或者某些株的基因组与一些其他不相关的基因组共有一段重复序列，而形成环路结构（图1c）。与单型体（haplotype）识别的组装算法相似，这些株诱导形成的重复图种的子图需要被检测、简化，以产生准确的、连续的宏基因组组装产物。本文方法部分有具体描述metaFlye如何检测和简化这些子图。

2.3 不同组装软件对于SYNTH181数据集的组装效果

图2，不同组装软件（Canu, Flye, metaFlye, miniasm和wtdbg2）对于SYNTH181数据集中宏基因组数据样本进行组装的效果评估

Fig. 2 | Comparison of Canu, Flye, metaFlye, miniasm and wtdbg2 assemblies of the individual genomes in the SYNTH181 dataset

几乎所有长序列平台的数据集（PacBio，GridION 14Gbp，GridION 16Gbp，PromethION 146Gbp和PromethION 148Gbp）在使用metaFlye组装后的结果都是最优的，评价指标包括组装长度、相对参考基因组的覆盖度、序列一致性、NGA50、错误组装、CPU占用时间等。

2.5 Zymo数据集的组装

图3，使用metaQUAST对不同组装软件组装模拟菌群数据集序列的组装覆盖度和NGA50值统计

Fig. 3 | Per-species reference coverage and NGA50 statistics for the mock community datasets (HMP, ZymoEven GridION and ZymoLog GridION) computed using metaQUAST

a, 绵羊肠道微生物组中单个连接组件的组装草图。该组件代表了Clostridia纲的细菌基因组，该基因组具有92%的保守marker完整性。组装产物中含有20个简单气泡结构（绿色）和10个超级气泡结构（黄色），这些结构在2.4Mbp的长序列基因组中占有1.2Mbp。b, 绵羊肠道微生物组中1141个气泡结构的长度和分支序列鉴定程度的分布图。

2.7 人类肠道微生物宏基因组数据组装

表2 对真实宏基因组数据集的组装效果

总结：长序列宏基因组在解析复杂细菌菌群中具有很好的前景，但是其组装等步骤仍然面临很大的算法问题。metaFlye相较Canu，对于HMP和Zymo模拟菌群的组装产物具有更好的序列相似性和组装质量。相较miniasm、wtdbg2和FALCON，metaFlye和Canu对于大多数模拟菌群数据集的装配效果都有所改进。此外，只有metaFlye和wtdgb2能够组装PromethION测序产生的150Gbp规模的长序列数据，但是wtdbg2的组装产物片段化更显著。

                参考                 

[1] Kolmogorov, M., Bickhart, D.M., Behsaz, B. et al. metaFlye: scalable long-read metagenome assembly using repeat graphs. Nat Methods (2020). https://doi.org/10.1038/s41592-020-00971-x

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来源：刘永鑫Adam