A reference genome (also known as a reference assembly) is a digital nucleic acid sequence database, assembled by scientists as a representative example of the set of genes in one idealized  individual organism of a species.  As they are assembled from the sequencing of DNA from a number of individual donors, reference genomes do not accurately represent the set of genes of any single individual organism.  Instead a reference provides a haploid mosaic of different DNA sequences from each donor. For example, one the most recent human reference genomes, assembly GRCh38/hg38, is derived from >60 genomic clone libraries. There are reference genomes for multiple species of viruses, bacteria, fungus, plants, and animals. Reference genomes are typically used as a guide on which new genomes are built, enabling them to be assembled much more quickly and cheaply than the initial Human Genome Project. Reference genomes can be accessed online at several locations, using dedicated browsers such as Ensembl or UCSC Genome Browser.

Properties of reference genomes

Measures of length 
The length of a genome can be measured in multiple different ways.

A simple way to measure genome length is to count the number of base pairs in the assembly.

The golden path is an alternative measure of length that omits redundant regions such as haplotypes and pseudoautosomal regions. It is usually constructed by layering sequencing information over a physical map to combine scaffold information. It is a 'best estimate' of what the genome will look like and typically includes gaps, making it longer than the typical base pair assembly.

Contigs and scaffolds 

Reference genomes assembly requires reads overlapping, creating contigs, which are contiguous DNA regions of consensus sequences. If there are gaps between contigs, these can be filled by scaffolding, either by contigs amplification with PCR and sequencing or by Bacterial Artificial Chromosome (BAC) cloning. Filling these gaps is not always possible, in this case multiple scaffolds are created in a reference assembly. Scaffolds are classified in 3 types: 1) Placed, whose chromosome, genomic coordinates and orientations are known; 2) Unlocalised, when only the chromosome is known but not the coordinates or orientation; 3) Unplaced, whose chromosome is not known.

The number of contigs and scaffolds, as well as their average lengths are relevant parameters, among many others, for a reference genome assembly quality assessment since they provide information about the continuity of the final mapping from the original genome. The smaller the number of scaffolds per chromosome, until a single scaffold occupies an entire chromosome, the greater the continuity of the genome assembly. Other related parameters are N50 and L50. N50 is the length of the contigs/scaffolds in which the 50% of the assembly is found in fragments of this length or greater, while L50 is the number of contigs/scaffolds whose length is N50. The higher the value of N50, the lower the value of L50, and vice versa, indicating high continuity in the assembly.

Mammalian genomes

The human and mouse reference genomes are maintained and improved by the Genome Reference Consortium (GRC), a group of fewer than 20 scientists from a number of genome research institutes, including the European Bioinformatics Institute, the National Center for Biotechnology Information, the Sanger Institute and McDonnell Genome Institute at Washington University in St. Louis.  GRC continues to improve reference genomes by building new alignments that contain fewer gaps, and fixing misrepresentations in the sequence.

Human reference genome
The original human reference genome was derived from thirteen anonymous volunteers from Buffalo, New York. Donors were recruited by advertisement in The Buffalo News, on Sunday, March 23, 1997. The first ten male and ten female volunteers were invited to make an appointment with the project's genetic counselors and donate blood from which DNA was extracted. As a result of how the DNA samples were processed, about 80 percent of the reference genome came from eight people and one male, designated RP11, accounts for 66 percent of the total. The ABO blood group system differs among humans, but the human reference genome contains only an O allele, although the others are annotated.

As the cost of DNA sequencing falls, and new full genome sequencing technologies emerge, more genome sequences continue to be generated. In several cases people such as James D. Watson had their genome  assembled using massive parallel DNA sequencing.  Comparison between the reference (assembly NCBI36/hg18) and Watson's genome revealed 3.3  million single nucleotide polymorphism differences, while about 1.4 percent of  his DNA could not be matched to the reference genome at all. For regions where there is known to be large-scale variation, sets of alternate loci are assembled alongside the reference locus.

The latest human reference genome assembly, released by the Genome Reference Consortium, was GRCh38 in 2017. Several patches were added to update it, the latest patch being GRCh38.p14, published in March 2022. This build only has 349 gaps across the entire assembly, which implies a great improvement in comparison with the first version, which had roughly 150,000 gaps. The gaps are mostly in areas such as telomeres, centromeres, and long repetitive sequences, with the biggest gap along the long arm of the Y chromosome, a region of ~30 Mb in length (~52% of the Y chromosome's length). The number of genomic clone libraries contributing to the reference has increased steadily to >60 over the years, although individual RP11 still accounts for 70% of the reference genome. Genomic analysis of this anonymous male suggests that he is of African-European ancestry.

In 2022, the Telomere-to-Telomere (T2T) Consortium published the first completely assembled reference genome (version T2T-CHM13), without any gaps in the assembly. The Telomere-to-Telomere (T2T) consortium not only is an open, community-based effort to generate the first complete assembly of a human genome, but also provides an opportunity to examine how centromeric and pericentromeric (near the centromere) sequences evolve. This effort relied on careful measures in order to assemble, polish, and validate entire centromeric and pericentromeric repeat arrays. By deeply characterizing these recently assembled sequences, the consortium presented a high-resolution, genome-wide atlas of the sequence content and organization of human centromeric and pericentromeric regions. On the other hand, according to the GRC website, their next assembly release for the human genome (version GRCh39) is currently "indefinitely postponed".

Recent genome assemblies are as follows:

Limitations 
For much of a genome, the reference provides a good approximation of the DNA of any single individual. But in regions with high allelic diversity, such as the major histocompatibility complex in humans and the major urinary proteins of mice, the reference genome may differ significantly from other individuals. Due to the fact that the reference genome is a "single" distinct sequence, which gives its utility as an index or locator of genomic features, there are limitations in terms of how faithfully it represents the human genome and its variability. Most of the initial samples used for reference genome sequencing came from people of European ancestry. In 2010, it was found that, by de novo assembling genomes from African and Asian populations with the NCBI reference genome (version NCBI36), these genomes had ~5Mb sequences that did not align against any region of the reference genome.

Following projects to the Human Genome Project seek to address a deeper and more diverse characerization of the human genetic variability, which the reference genome is not able to represent. The HapMap Project, active during the period 2002 -2010, with the purpose of creating a haplotypes map and their most common variations among different human populations. Up to 11 populations of different ancestry were studied, such as individuals of the Han ethnic group from China, Gujaratis from India, the Yoruba people from Nigeria or Japanese people, among others. The 1000 Genomes Project, carried out between 2008 and 2015, with the aim of creating a database that includes more than 95% of the variations present in the human genome and whose results can be used in studies of association with diseases (GWAS) such as diabetes, cardiovascular or autoimmune diseases. A total of 26 ethnic groups were studied in this project, expanding the scope of the HapMap project to new ethnic groups such as the Mende people of Sierra Leone, the Vietnamese people or the Bengali people. The Human Pangenome Project, which started its initial phase in 2019 with the creation of the Human Pangenome Reference Consortium, seeks to create the largest map of human genetic variability taking the results of previous studies as a starting point.

Mouse reference genome 
Recent mouse genome assemblies are as follows:

Other genomes 
Since the Human Genome Project was finished, multiple international projects have started, focused on assembling reference genomes for many organisms. Model organisms (e.g., zebrafish (Danio rerio), chicken (Gallus gallus), Escherichia coli etc.) are of special interest to the scientific community, as well as, for example, endangered species (e.g., Asian arowana (Scleropages formosus) or the American bison (Bison bison)). As of August 2022, the NCBI database supports 71 886 partially or completely sequenced and assembled genomes from different species, such as 676 mammals, 590 birds and 865 fishes. Also noteworthy are the numbers of 1796 insects genomes, 3747 fungi, 1025 plants, 33 724 bacteria, 26 004 virus and 2040 archaea. A lot of these species have annotation data associated with their reference genomes that can be publicly accessed and visualized in genome browsers such as Ensembl and UCSC Genome Browser.

Some examples of these international projects are: the Chimpanzee Genome Project, carried out between 2005 and 2013 jointly by the Broad Institute and the McDonnell Genome Institute of Washington University in St. Louis, which generated the first reference genomes for 4 subspecies of Pan troglodytes; the 100K Pathogen Genome Project, which started in 2012 with the main goal of creating a database of reference genomes for 100 000 pathogen microorganisms to use in public health, outbreaks detection, agriculture and environment; the Earth BioGenome Project, which started in 2018 and aims to sequence and catalog the genomes of all the eukaryotic organisms on Earth to promote biodiversity conservation projects. Inside this big-science project there are up to 50 smaller-scale affiliated projects such as the Africa BioGenome Project or the 1000 Fungal Genomes Project.

References

External links 
Genome Reference Consortium

Genome projects
Genomics
Human genetics
Bioinformatics
DNA sequencing
표준 유전체(reference genome)에서의 '표준'이란 '참조'라고 번역해야 하는 "reference"가 "standard"의 번역인 '표준'으로 오번역된 것이다. 즉 참조 유전체(reference genome)으로 번역되어야 할 용어가 표준 유전체으로 번역되어 일부 언론을 통해 확산되는 것은 번역오류에 기인하지만 표준이라는 용어가 법정 표준체계와 긴밀하게 관련되어 있어서 개념상의 혼란 이상으로 혼선을 야기할 수 있다.

참조 유전체의 정의와 의미 
유전체학(genomics)에서 표준 유전체(혹은 표준유전체)이란 용어는 학술적으로 타당하거나 국제적으로 통용되는 표현이 아니다. 표준 유전체의 어원이라고 할 수 있는 용어는 참조 유전체(reference genome)은 유전체 분석에서 필수적인 재조립의 지침이 되는 유전체 지도(map)에 해당된다. 영문 Wikipedia의 설명을 보면 다음과 같다.

핵심적인 개념을 확인해 보면,

 생물의 종을 대표하는 염기서열이며
 동일한 종에도 개체간의 변이가 있을 수 있기 때문에 한 개체 염기서열 자체가 아닌 (희귀한 변이를 최소화한) 여러 명의 합성(mosaic)으로 반배체(haploid)를 재구성한 것이고
 GRCh37(현재는 GRCh38 버전이 사용됨)과 같이 가장 완성도가 높은 유전체 조립을 참조 유전체으로 사용하며
 예를 들어 참조 유전체에는 ABO형이 있다면 A,B,O 모든 서열이 다 모여 있어야 하는 것이 아니라 정확한 O형의 염기서열 하나만 제시하여, 다른 사람이 A인지 B인지를 판단하는 근거로 작용한다.

즉, 인간의 참조 유전체은 인간을 대표하는 1인의 가상 염기서열이다.(즉, 한 쌍의 반배체 염기서열) 변이 판정의 기준이 되어야 하므로 가장 품질이 1인의 초정밀 염기서열이 뼈대가 되어 만들어진 합성유전체이다. 현재의 유전체 분석 기술은 30억개의 염기서열을 100-300개 정도의 조각으로 토막토막 잘라낸 후에, 각 조각을 분석한 후 그것을 조립하는 "재조립"과정을 사용한다. 재조립 과정에서 어떤 조각과 어떤 조각이 어느정도의 거리를 가지고 있는지를 판단해 주는 유전체지도(genome map)가 필수적인 이유이다. 현재 국제적으로 통용되는 인간의 참조 유전체은 인간유전체프로젝트의 성과로 얻어진 hg38(혹은 GRC38)이 사용되고 있다. 가장 완벽한 수준으로 염기서열이 확인되어 있고, 각 염기서열 별로 많은 기능정보(annotation)가 구현되어 있기 때문에 국제적으로 통용되는 것이다. 이는 다음에 이야기할 인구집단 안에 변이가 어느정도 있는가를 제시하는 개념으로 참조 유전체, 유전체DB 등과는 명확히 구분된다.

유전체분야 표준 및 참조 개념 정리 
국가 표준체계에서 유전체는 물론 바이오 및 생물학 분야전체는 매우 새로운 분야이다. 기존의 표준이 물리-화학적 특성을 중심으로(KS 마크 등) 인증 등으로 확립되어 있지만, 생물학은 가변성과 불확실성의 개념이 물리-화학과는 근본적으로 다른 어려움이 있어서, 표준체계의 수용이 전세계적으로도 큰 과제라고 할 수 있다. 참조표준(reference standard)이라고 불리는 국가 표준체계가 존재하여 용어상으로 더욱 혼란을 줄 수도 있다. 참조표준의 의미는 고정된 물성표준과는 달리 강우량과 같이 어느정도의 변이가 있는지를 예측할 수 있도록(표준적인 변이의 범위와 평균) 정보를 제공해 주는 개념이다. 유전체분야에서 참조표준과 가장 유사한 것은 세계적으로는 1천명의 전장유전체 염기서열 정보의 DB인 1000 genome project가 대표적이며, 한국의 질병관리본부 유전체센터에서 제공하고 있는 한국인 참조유전체 DB등이 이러한 개념에 해당된다.

또 한가지 용어에서 구분이 필요한 것은 유전체지도(genome map)라는 용어와 유전체조립 혹은 유전체어셈블리(genome assembly)이라는 용어의 차이이다. 유전체조립은 기존의 지도를 참고하지 않고 독자적인 신생조립을 한 경우를 지칭한다. 예를 들어 새로운 종이 발견되어 그 생물학적인 종의 유전체 정보가 필요하다면 우선적으로 유전체조립을 만들게 된다. genome assembly의 구성과정은 기존의 유전체 지도를 참고로 하지 않고 조립을 하게 된다. 사람의 유전체에도 다양한 유전체조립이 존재한다. 특히, 유전체 분석기술이 덜 보편화되었던 시기에는 유전체 분석기술의 성과를 집약하는 결과물로 현재의 국제공용 참조표준인 hg38이외에도 다양한 연구팀의 다양한 유전체조립이 미국 NCBI 등에 등재되어 있다. 그러나, 모든 유전체조립이 유전체지도로 인정되는 것은 아니며, 유전체지도로 인정되기 위해서는 엄격한 기준이 적용된다. 유전체조립은 다음과 같은 3가지의 품질기준을 만족해야만 유전체지도로서 인정된다
 전체 유전체조립의 염기서열 중 미확인(ACGT가 아닌 N으로 표기)가 연속해서 10개를 넘는 서열이 없을 것.
 모든 정상 염색체가 염색체 차원에서 다 확인될 수 있을 것.
 모든 스캐폴드(scaffold)는 2)에서 확인된 염색체에 위치가 확인되어 있을 것.

표준 유전체의 또 다른 의미는 유전체물질이다. 이는 reference genome과는 달리 표준 DNA물질을 의미하며, 염기서열의 상당부분이 확인되어 있어서 분석기술을 검증하거나 질관리 등의 목적으로 사용될 수 있는 유전체을 의미한다. 이러한 표준 유전체물질은 실제 표준의 개념과 방법론이 적용될 수 있는 분야이다. 현재 표준 유전체물질의 제작은 미국의 표준연구원(NIST)에서 제공하는 참조 유전체물질(reference genome material)이 존재하며, 우리나라에서도 산업부의 지원으로 연구가 수행 중이다.

한국인의 참조 유전체 
유전체의 서열 및 구조는 개인별, 인구집단별 크게 차이가 나기 때문에, 질병 및 인종 특성에 대한 척도로서 많이 사용되고 있으나, 인간 참조 유전체지도(human reference genome)는 주로 백인 및 흑인의 유전체으로 구성되어 있다. 기존의 이론으로는 지도란 재조립과정을 통해서 변이를 학인하는 기준으로만 사용되면 되기 때문에 종별로 1개의 가장 완성도가 높은 지도만 존재하면 된다. 그러나, 실제로 유전체가 가지는 복잡성과 다양성이 더 많이 밝혀지면서 아시아인의 고유한 참조 유전체지도를 통해서 유전체 분석을 할 경우 더 많은 정보를 확인할 수 있을 것이라는 근거들이 더욱 많이확보되고 있다.

우리나라에서도 한국인의 독자적인 참조 유전체과 유전체지도가 향후 유전체 연구에 미칠 수 있는 선도적 위치를 고려하여 산업부의 지원으로 "한국인 표준 유전체지도 작성: 유전체 대동여지도 사업" 이 수행되고 있다

각주

참조주

내용주 

유전체학
유전체 프로젝트