high-quality human genomes achieved through hifi …
Post on 19-Nov-2021
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
High-quality human genomes achieved through HiFi sequence data and FALCON-Unzip AssemblyZ.N. Kronenberg1, I. Sovic1, C. Dunn1, S.B. Kingan1, G.T. Concepcion1, J. Drake1, J. Korlach1, P. Peluso1, A.M. Wenger1, J. Mountcastle2,3, B. Haase2,3, O. Fedrigo2,3, E.D. Jarvis2,3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Y
homSap1 homSap2 homSap3
HiFi Contigs (>1 Mb) Mapped on GRCh38 Ideogram
Abstract HiFi Assembly Statistics
1Pacific Biosciences, Menlo Park, CA, USA; 2Laboratory of Neurogenetics of Language, Box 54, The Rockefeller University, New York, NY 10065, USA; 3Howard Hughes Medical Institute, Chevy Chase, MD, USA.
Basepair Accuracy of HiFi Contigs
25
30
35
40
45
50
HiF
i A
ss
em
bly
CL
R A
ss
em
bly
Ba
se
Ac
cu
rac
y (
Ph
red
) 45.08
50.6–HiFi assembly of HG002 has higher basepair
accuracy than Long Read assembly for the same
sample.–Median quality across 100 kb windows
(N=25,789) is 5.5 Phred QV points, which
translates to 3.5-fold fewer errors (Figure 3).
–Both primary and haplotigs are nearly QV50
(Table 2).
Highly Accurate Phasing Achieved Through FALCON-Unzip
homSap1
homSap2
homSap3
OMIM Alleles
ClinVar Short Variants
HGMD Variants
Segmental Dups
GENCODE v29 Comprehensive Transcript Set (only Basic displayed by default)
OMIM Allelic Variants
ClinVar Variants
Human Gene Mutation Database Public Variants
OMIM Genes - Dark Green Can Be Disease-causing
Duplications of >1000 Bases of Non-RepeatMasked Sequence
FALCON-Unzip Phase Blocks
DIS3L2
DIS3L2
DIS3L2
ALPP
AC068134.1
AC068134.1
ALPG
AC068134.2
ALPI
ECEL1
ECEL1
PRSS56
PRSS56
CHRND
CHRND
CHRNG
CHRNG
TIGD1
EIF4E2
MIR5001
EIF4E2
EIF4E2
EIF4E2
EIF4E2
EIF4E2
EIF4E2
AC073254.1
AC073254.1
AC073254.1
AC073254.1
AC073254.1
AC073254.1
614184 171800
171810
171740
605896
613858
100720
100730
612972
605895
208 Kbp phased region spanning
disease associated variants
phased in all indviduals
99.9%
phasing accuracy
Figure 4. Haplotig Phasing Accuracy. Each point represents a hap-
lotig, the size of the point denotes haplotig size. Points along the ver-
tical and horizontal axis are enriched for either maternal or paternal
kmers. The overall accuracy is listed within each pane.
Figure 3. Comparison of Base QV
between HiFi and CLR. The box and
whisker diagram shows the distribution
of Phred qualities in 100 kb windows
across the HG002 de novo assembly.
Figure 2. Contigs >1 Mb from the HiFi assemblies cover most of the reference
genome. HiFi primary contigs for the homSap trio were aligned to GRCh38 using
minimap2. Only contigs greater than 1Mb are shown. Breaks in the alignments do not
always correspond to contig boundaries.
Table 2. Base Quality values for HiFi
primary/haplotig contigs. The mean,
median and number of 100 kb windows
greater than QV40 are shown.
–FALCON-Unzip phased between
56.2-68.8% of the genomes we assembled
(Table1).
–Average haplotig phasing accuracy was ~
99.9% (Figure 4).
–Haplotigs (phase blocks) contiguity,
measured as N50, ranged from 93-150 kb
and increases with HiFi insert size.
–Phase blocks can span many genes. For
example, in Figure 5, several genes are
phased, including those with clinically
relevant variants (OMIM; ClinVar)
Figure 5. Example of haplotigs phasing clinically relevant genes. A) The top panel of genome browser shows the
haplotigs/phased regions aligned to GRCh38. Genes tracks and clinical variants are shown below. B) Haplotype
transmission in the HomSap trio, for the same region shown in Figure 5A.
FALCON-Unzip produces highly accurate, well phased, human assemblies at 20 fold HiFi
coverage. Here we have demonstrated the accuracy of FALCON-Unzip on five human
genomes across three different trios.
–FALCON-Unzip now natively supports HiFi data.
–FALCON-Unzip is available at: https://github.com/PacificBiosciences/pbbioconda
–FALCON-Unzip HiFi user guide is available at:
https://github.com/PacificBiosciences/pbbioconda/wiki/HiFi-:--FALCON-Unzip3-User-Guide
For further reading:
Wenger, Aaron M., et al. "Accurate circular consensus long-read sequencing improves
variant detection and assembly of a human genome." Nature biotechnology (2019): 1-8.
Vollger, Mitchell R., et al. "Improved assembly and variant detection of a haploid human
genome using single-molecule, high-fidelity long reads." BioRxiv (2019): 635037.
Table 1. Summary statistics for the five HiFi human de
novo genome assemblies. Library preparation, depth of
coverage, and chemistries varied, however, the resulting
assemblies have similar statistics.
Figure 1. Primary contig sizes shown against the length of the
genome assembly. Contigs are sorted from largest to smallest.
For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures. © Copyright 2019 by Pacific Biosciences of California, Inc. All rights reserved. Pacific Biosciences, the Pacific Biosciences logo, PacBio, SMRT, SMRTbell, Iso-Seq, and Sequel are trademarks of Pacific Biosciences. Pacific Biosciences does not sell a kit for carrying out the overall No-Amp Targeted Sequencing method.
Use of the No-Amp method may require rights to third-party owned intellectual property. BluePippin and SageELF are trademarks of Sage Science. NGS-go and NGSengine are trademarks of GenDx. FEMTO Pulse and Fragment Analyzer are trademarks of Agilent Technologies Inc. All other trademarks are the sole property of their respective owners
HG002 HG005 homSap
1 2
3
Samples:
HiFi library prep
10-15 kb
Sequel II system
3-8 SMRT Cells 8M
per library
Subreads
(passes)
Circular Consensus Sequence
HiFi FALCON-Unzip
Assembly
N50 > 20 Mb
QV50 base
quality
99.9%
phase
accuracy
99.9%
phasing accuracy
99.9%
phasing accuracy
Haplotype transmission in HomSap Trio
380 kb inversion
1 2
3
ECEL1P2 ALPPL2
232,380 kb 232,390 kb 232,400 kb 232,410 kb 232,420 kb 232,430 kb
46 kb
chr2
p25.1 p24.1 p22.3 p21 p16.2 p15 p13.2 p11.2 q11.2 q13 q14.2 q21.1 q22.2 q24.1 q31.1 q32.1 q33.1 q34 q36.1 q37.1
Genes
Segdups
Repeats
�
�
�
�
��
�
� �
� �
�
�
�
� ��
�� �
� ��
��
� � � � � � � � ���
�����
�����������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��
�
��
�
�
�
��
�
�
�
�
��
�
��� � �
��
� � � ��� � � �
�
��
�����������
�����������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�
�
��
�
�
�
�
�
� �
�
� �
�������� �
� � �� � � �
�����
��
����������
�����������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
� �
�
�
��
�
��
� �
�
�
�
�
��
�
� ��� �
� � � ���� � � � � � �
����
�
���������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�
��
�
��
�
� �
�
� ��
� �� �
�
� � � � �
� �
�������������
���������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������0
25
50
75
100
125
0 25 50 75 100
Percent of Assembly
co
ntig
le
ng
th (
Mb
)
�
�
�
�
�
hg002
hg005
homSap1
homSap2
homSap3
30 Mb
10 Mb
1 Mb
A. B.Conclusions
Sequence Resolved Structural Variation
top related