إعادة تحديد الجينوم بالكامل
المتغيرات الهيكلية في السكان الصينيين وتأثيرها على الأنماط الظاهرية والأمراض والتكيف السكاني
نانوبور |باكبيو |إعادة تسلسل الجينوم الكامل |استدعاء الاختلاف الهيكلي
في هذه الدراسة، تم توفير تسلسل Nanopore PromethION بواسطة Biomarker Technologies.
يسلط الضوء
في هذه الدراسة، تم الكشف عن مشهد عام للتغيرات الهيكلية (SVs) في الجينوم البشري بمساعدة التسلسل طويل القراءة على منصة Nanopore PromethION، مما يعمق فهم SVs في الأنماط الظاهرية والأمراض والتطور.
تصميم تجريبي
العينات: كريات الدم البيضاء المحيطية لـ 405 أفراد صينيين لا علاقة لهم (206 ذكور و 199 أنثى) مع 68 قياسًا ظاهريًا وسريريًا.من بين جميع الأفراد، كانت مناطق الأجداد المكونة من 124 فردًا عبارة عن مقاطعات في الشمال، و198 فردًا في الجنوب، و53 فردًا في الجنوب الغربي، و30 غير معروفة.
استراتيجية التسلسل: تسلسل الجينوم الكامل طويل القراءة (LRS) مع قراءات Nanopore 1D وقراءات PacBio HiFi.
منصة التسلسل: Nanopore PromethION؛باكبيو تتمة الثاني
استدعاء تغيير الهيكل
الشكل 1. سير عمل استدعاء وتصفية SV
الانجازات الرئيسية
اكتشاف اختلاف الهيكل والتحقق من صحته
مجموعة بيانات Nanopore: إجمالي 20.7 تيرابايت من القراءات النظيفة التي تم إنشاؤها على منصة التسلسل PromethION، مما يحقق متوسط 51 جيجا بايت من البيانات لكل عينة، تقريبًا.17 ضعفا في العمق.
محاذاة الجينوم المرجعي (GRCh38): تم تحقيق متوسط معدل رسم الخرائط بنسبة 94.1%.كان متوسط معدل الخطأ (12.6%) مماثلاً لدراسة قياس الأداء السابقة (12.6%) (الشكل 2ب و2ج)
استدعاء اختلاف البنية (SV): شمل المتصلون SV المطبقون في هذه الدراسة Sniffles وNanoVar وNanoSV.تم تعريف SVs عالية الثقة على أنها SVs تم تحديدها بواسطة متصلين اثنين على الأقل وتمرير عمليات الترشيح على العمق والطول والمنطقة.
تم تحديد ما متوسطه 18,489 (تتراوح من 15,439 إلى 22,505) من SVs عالية الثقة في كل عينة.(الشكل 2D، 2E و2F)
الشكل 2. المشهد العام للSVs التي حددتها مجموعة بيانات Nanopore
التحقق من الصحة بواسطة PacBio: تم التحقق من صحة SVs المحددة في عينة واحدة (HG002، Child) من خلال مجموعة بيانات PacBio HiFi.كان معدل الاكتشاف الكاذب الإجمالي (FDR) 3.2%، مما يوضح تعريف SV موثوقًا نسبيًا بواسطة قراءات Nanopore.
SVs غير زائدة عن الحاجة والميزات الجينومية
SVs غير زائدة عن الحاجة: تم الحصول على مجموعة من 132,312 SVs غير زائدة عن الحاجة عن طريق دمج SVs في جميع العينات، والتي تشمل 67,405 DELs، و60,182 INSs، و3,956 DUPs، و769 INVs.(الشكل 3أ)
المقارنة مع مجموعات بيانات SV الموجودة: تمت مقارنة مجموعة البيانات هذه بمجموعة بيانات TGS أو NGS المنشورة.ضمن مجموعات البيانات الأربع التي تمت مقارنتها، شاركت LRS15، وهي أيضًا مجموعة البيانات الوحيدة من منصة التسلسل طويلة القراءة (PacBio) في أكبر التداخلات مع مجموعة البيانات هذه.علاوة على ذلك، تم الإبلاغ عن 53.3% (70,471) من SVs في مجموعة البيانات هذه لأول مرة.من خلال النظر في كل نوع من أنواع SV، كان عدد INS المستردة مع مجموعة بيانات التسلسل طويلة القراءة أكبر بكثير من بقية أنواع SV، مما يشير إلى أن تسلسل القراءة الطويلة فعال بشكل خاص في اكتشاف INS.(الشكل 3B و3C)
الشكل 3. خصائص SVs غير زائدة عن الحاجة لكل نوع SV
السمات الجينومية: تم العثور على عدد من SVs مرتبط بشكل كبير بطول الكروموسوم.تم عرض توزيع الجينات والتكرارات وDELs (الأخضر) وINS (الأزرق) وDUP (الأصفر) وINV (البرتقالي) على مخطط سيركوس، حيث لوحظت زيادة عامة في SV في نهاية أذرع الكروموسوم.(الشكل 3D و3E)
طول SVs: وجد أن أطوال INSs وDELs أقصر بكثير من أطوال DUPs وINVs، والتي تتفق مع تلك التي حددتها مجموعة بيانات PacBio HiFi.تمت إضافة طول جميع SVs التي تم تحديدها إلى 395.6 ميجابايت، والتي احتلت 13.2٪ من الجينوم البشري بأكمله.أثرت SVs على 23.0 ميجابايت (حوالي 0.8٪) من الجينوم لكل فرد في المتوسط.(الشكل 3F و3G)
التأثيرات الوظيفية والظاهرية والسريرية للـ SVs
الخسارة المتوقعة للوظيفة (pLoF) SVs: تم تعريف pLoF SVs على أنها SVs تتفاعل مع CDS، حيث تم حذف نيوكليوتيدات الترميز أو تم تغيير ORFs.تم شرح ما مجموعه 1929 pLoF SVs التي تؤثر على CDS من 1681 جينًا.ومن بين هذه الجينات، سلط 38 جينًا الضوء على "ارتباط مستقبلات الجلوبيولين المناعي" في تحليل تخصيب GO.تمت إضافة تعليقات توضيحية على pLoF SVs بواسطة GWAS وOMIM وCOSMIC، على التوالي.(الشكل 4A و4B)
SVs ذات الصلة ظاهريًا وسريريًا: تبين أن عددًا من SV في مجموعة بيانات nanopore ذات صلة ظاهريًا وسريريًا.تم التعرف على DEL متخالف نادر يبلغ 19.3 كيلو بايت، والمعروف بأنه يسبب ثلاسيميا ألفا، في ثلاثة أفراد، مما أدى إلى خلل في جينات الوحدة الفرعية للهيموجلوبين ألفا 1 و2 (HBA1 وHBA2).تم التعرف على DEL آخر قدره 27.4 كيلو بايت على ترميز الجينات لوحدة الهيموجلوبين الفرعية بيتا (HBB) في فرد آخر.من المعروف أن هذا SV يسبب اعتلالات الهيموجلوبين الخطيرة.(الشكل 4ج)
الشكل 4. pLoF SVs المرتبطة بالظواهر والأمراض
وقد لوحظ وجود DEL مشترك يبلغ 2.4 كيلو بايت في 35 حاملة متماثلة الزيجوت و 67 حاملة غير متجانسة، والتي تغطي المنطقة الكاملة للإكسون الثالث لمستقبلات هرمون النمو (GHR).تم العثور على ناقلات متماثلة الزيجوت أقصر بكثير من تلك المتغايرة (ع = 0.033).(الشكل 4 د)
علاوة على ذلك، تمت معالجة هذه SVs للدراسات التطورية السكانية بين مجموعتين إقليميتين: شمال وجنوب الصين.تم العثور على SVs تفاضلية كبيرة موزعة على Chr 1 و 2 و 3 و 6،10،12،14 و 19، والتي ارتبطت فيها أعلى المناطق بمناطق المناعة، مثل IGH، MHC، وما إلى ذلك. ومن المعقول التكهن بأن قد يكون التمايز في هذه SVs بسبب الانجراف الوراثي والتعرض على المدى الطويل لبيئات متنوعة للمجموعات السكانية الفرعية في الصين.
مرجع
وو، زيكون، وآخرون."المتغيرات الهيكلية في السكان الصينيين وتأثيرها على الأنماط الظاهرية والأمراض والتكيف السكاني."com.bioRxiv(2021).
الأخبار ويسلط الضوء يهدف إلى مشاركة أحدث الحالات الناجحة مع Biomarker Technologies، والتقاط الإنجازات العلمية الجديدة بالإضافة إلى التقنيات البارزة المطبقة أثناء الدراسة.
وقت النشر: 06 يناير 2022