Reconstruction de génomes phasés

Haplotype assembly from long reads

• Auteur / Autrice : Roland Faure
• Direction : Dominique Lavenier, Jean-François Flot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....) en cotutelle avec Université libre de Bruxelles (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - GenScale
• Jury : Président / Présidente : Rayan Chikhi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Lavenier, Jean-François Flot, Paola Bonizzoni, Thomas Derrien, Simon Dellicour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christopher Quince, Alexander Dithley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Haplotype

Métagénomique

Mots clés libres

Assemblage de génome

Metagénomique

Haplotypage

Séquençage de troisième génération (TGS)

Genome assembly

Metagenomics

Haplotyping

Third Generation Sequencing (TGS)

Résumé

Cette thèse propose des solutions pour améliorer l'assemblage des génomes à partir de lectures de séquençage de troisième génération (lectures longues). Plus précisément, elle se concentre sur l'amélioration de l'assemblage des (méta)génomes contenant plusieurs haplotypes, comme des génomes polyploïdes ou des souches bactériennes proches. Les assembleurs actuels ont du mal à séparer les haplotypes très similaires, et fusionnent généralement des (parties d')haplotypes, ce qui entraîne la perte de polymorphismes et d'hétérozygotie dans l'assemblage final. Ce travail présente une série de méthodes et de logiciels pour obtenir des assemblages contenant des haplotypes bien séparés. Plus précisément, GenomeTailor et HairSplitter transforment un assemblage obtenu avec des lectures longues erronées en un assemblage phasé, améliorant considérablement l'état de l'art lorsque de nombreuses souches sont présentes. Le logiciel Alice propose une nouvelle méthode, basée sur des nouveaux sketchs ``MSR'', pour assembler efficacement plusieurs haplotypes séquencés avec des lectures de haute fidélité. Enfin, cette thèse propose une nouvelle stratégie de scaffolding Hi-C basée sur le démêlage des graphes d'assemblage qui améliore considérablement les assemblages finaux, en particulier lorsque plusieurs haplotypes sont présents.

This thesis presents solutions to improve genome assembly from third-generation sequencing reads, with a specific focus on improving the assembly of (meta)genomes containing multiple haplotypes, such as polyploid genomes or close bacterial strains. Current assemblers struggle to separate highly similar haplotypes, often collapsing all or parts of the haplotypes into one, thereby discarding polymorphisms and heterozygosity. This work introduces a series of methods and software tools to achieve haplotype-separated assemblies. Specifically, GenomeTailor and HairSplitter transform a collapsed assembly obtained with erroneous long reads into a phased assembly, significantly improving on the state of the art when numerous strains are present. The software Alice introduces a new method based on the new ``MSR'' sketching technique for efficiently assembling multiple haplotypes sequenced with high-fidelity reads. Additionally, this thesis proposes a new Hi-C scaffolding strategy that involves untangling assembly graphs which significantly improves final assemblies, particularly when several haplotypes are present.