https://doi.org/10.1186/s43897-024-00113-3
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近日，Molecular Horticulture在线发表了中国农业大学杨富裕教授团队的研究性论文，题为CyDotian: a versatile toolkit for identification of intragenic repeat sequences。该研究报道了一个基于动态规划算法识别基因序列中重复序列的工具包，该工具包可用于识别短生物序列中的全部重复序列并支持重复密度的计算和点阵图的交互式可视化。通过在芸薹属作物中全部编码序列的应用，发现编码序列中存在大量不同类型的转座子元件；并创新性开发出基于基因内长重复片段分析来推断融合基因的新方法。
背景介绍
重复序列的功能与人类遗传疾病、细菌毒力、适应性进化、结构畸变、转录活性等许多方面有关。DNA的重复结构蕴藏着许多有待发现的秘密，对重复DNA的系统研究需要大量的算法支持。目前已有许多工具可用于研究重复序列。这些工具几乎都是为研究基因组重复序列而设计的，并不适用于研究基因内的所有重复序列，如正向重复序列、反向重复序列、完美重复序列、退化重复序列、长重复序列和短重复序列。MUMmer工具包中的repeat-match程序是识别序列中所有重复序列的代表性算法。然而，这种方法找到的重复序列都是完美重复序列，忽略了退化重复序列。另一种显示序列内所有重复序列的方法是点阵序列比对图，如dotter工具。这种方法的缺点是无法定位重复位置，因此无法提供序列内重复的统计证据。
快报概要
本研究开发了一种适用于基因内重复序列研究的工具CyDotian（https://github.com/ChenHuilong1223/CyDotian）。该工具基于动态规划算法，可识别基因内全部的重复序列，它的批量设计可以很好地应对日益增加的基因资源。而且，CyDotian可提取所有重复序列并支持下游分析，如计算重复密度和深度。CyDotian的桌面GUI软件SAtoolkit更是支持序列比较分析点阵图的交互式可视化。考虑到用户的喜好，该研究也将repeat-match和滑动窗口算法都用自己的逻辑实现并嵌入到CyDotian工具包中。通过严格的基准测试和园艺植物编码序列的应用，该研究证明了CyDotian、repeat-match和滑动窗口算法的普适性，均可作为分析单序列内部重复的优良选择。CyDotian的批量化设计允许研究人员对海量的基因序列进行一次性分析。更深地，该研究发现了一些重要的生物现象，如不同物种的不同基因型中可以存在相同的重复序列，多种多样的转座子元件可以在编码序列的重复序列中完美匹配。植物果胶甲酯酶基因的pro-region相比于PME区域普遍有更高的重复密度。新冠病毒参考基因组的12个蛋白序列中，YP_009725295.1完全属于YP_009724389.1的蛋白质序列的一部分。有趣地是，在长重复序列分析过程中，该研究提出了一种新的识别融合基因的方法可作为相关领域研究人员的替代选择。综上所述，CyDotian对于研究基因内重复序列，促进大量遗传资源的利用具有很高的实用性和广泛的应用前景。
Fig.1 基于动态规划算法识别基因序列中重复序列的CyDotian工具包及其在芸薹属作物中全部编码序列的应用。
中国农业大学草业科学与技术学院博士研究生陈辉龙、徐港副教授和华北理工大学生命科学学院葛伟娜青年教师为论文共同第一作者，中国农业大学草业科学与技术学院杨富裕教授和华北理工大学生命科学学院王希胤教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金面上项目的支持。
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