РЕСЕКВЕНЦИЯ НА ЦЯЛ ГЕНОМ
Варианти на структурата в китайската популация и тяхното влияние върху фенотипове, болести и адаптация на населението
Нанопор |PacBio |Повторно секвениране на целия геном |Извикване на структурна вариация
В това проучване секвенирането на Nanopore PromethION е предоставено от Biomarker Technologies.
Акценти
В това проучване беше разкрит цялостен пейзаж от структурни вариации (SVs) в човешкия геном с помощта на отдавна прочетено секвениране на Nanopore PromethION platfrom, което задълбочава разбирането на SVs във фенотипове, болести и еволюция.
Експериментален дизайн
Проби: левкоцити от периферна кръв на 405 несвързани китайски индивида (206 мъже и 199 жени) с 68 фенотипни и клинични измервания.Сред всички индивиди регионите на предците на 124 индивида са провинции на север, тези на 198 индивида са южни, 53 са югозападни и 30 не са известни.
Стратегия за секвениране: Секвениране на дълго четене на целия геном (LRS) с Nanopore 1D четене и PacBio HiFi четене.
Платформа за секвениране: Nanopore PromethION;PacBio Продължение II
Извикване на вариация на структурата
Фигура 1. Работен процес на SV извикване и филтриране
Главни постижения
Откриване и валидиране на вариации на структурата
Набор от данни на Nanopore: Общо 20,7 Tb чисти четения, генерирани на платформата за секвениране PromethION, постигайки средно 51 Gb данни на проба, прибл.17-кратна дълбочина.
Подравняване на референтния геном (GRCh38): Постигната е средна честота на картографиране от 94,1%.Средният процент грешки (12,6%) е подобен на предишно сравнително проучване (12,6%) (Фигура 2b и 2c)
Извикване на вариация на структурата (SV): SV извикващите, приложени в това проучване, включват Sniffles, NanoVar и NanoSV.SV с висока степен на сигурност бяха дефинирани като SV, идентифицирани от поне двама обаждащи се и преминали филтри по дълбочина, дължина и регион.
Във всяка проба бяха идентифицирани средно 18 489 (вариращи от 15 439 до 22 505) SV с висока степен на сигурност.(Фигура 2d, 2e и 2f)
Фигура 2. Цялостен пейзаж на SV, идентифицирани от набор от данни на Nanopore
Валидиране от PacBio: SV, идентифицирани в една проба (HG002, дете), бяха валидирани от набор от данни PacBio HiFi.Общият процент на фалшиво откриване (FDR) беше 3,2%, което илюстрира сравнително надеждна SV идентификация чрез четене на Nanopore.
Неизлишни SV и геномни характеристики
Неизлишни SV: Набор от 132 312 неизлишни SV бяха получени чрез сливане на SV във всички проби, което включва 67 405 DEL, 60 182 INS, 3 956 DUP и 769 INV.(Фигура 3а)
Сравнение със съществуващи набори от SV данни: Този набор от данни беше сравнен с публикуван набор от данни TGS или NGS.В рамките на четирите сравнени набора от данни, LRS15, който е и единственият набор от данни от платформата за дълго четене на секвенции (PacBio), споделя най-големите припокривания с този набор от данни.Освен това, 53,3% (70 471) от SV в този набор от данни са докладвани за първи път.Като се разгледа всеки тип SV, броят на възстановените INS с набор от данни за секвениране на дълго четене е много по-голям от останалите такива с кратко четене, което показва, че секвенирането на дълго четене е особено ефективно при откриване на INS.(Фигура 3b и 3c)
Фигура 3. Свойства на нередундирани SV за всеки тип SV
Геномни характеристики: Установено е, че броят на SVs значително корелира с дължината на хромозомата.Разпределението на гени, повторения, DEL (зелено), INS (синьо), DUP (жълто) и INV (оранжево) бяха показани на диаграма на Circos, където общо увеличение на SV се наблюдава в края на хромозомните рамена.(Фигура 3d и 3e)
Дължина на SV: Установено е, че дължините на INS и DEL са значително по-къси от тези на DUP и INV, което съответства на тези, идентифицирани от набора от данни на PacBio HiFi.Дължината на всички идентифицирани SV добавя до 395,6 Mb, което заема 13,2% от целия човешки геном.SV засягат средно 23,0 Mb (приблизително 0,8%) от генома на индивид.(Фигура 3f и 3g)
Функционални, фенотипни и клинични въздействия на SV
Предсказана загуба на функция (pLoF) SVs: pLoF SVs бяха определени като SVs, взаимодействащи с CDS, където кодиращите нуклеотиди бяха изтрити или ORFs бяха променени.Бяха анотирани общо 1929 pLoF SVs, засягащи CDS на 1681 гена.В тях 38 гена подчертават „свързване с имуноглобулинови рецептори“ в анализа на обогатяване на GO.Тези pLoF SV бяха допълнително анотирани съответно от GWAS, OMIM и COSMIC.(Фигура 4а и 4б)
Фенотипно и клинично значими SVs: Доказано е, че редица SV в набор от данни за нанопори са фенотипно и клинично значими.Рядък хетерозиготен DEL от 19,3 kb, за който е известно, че причинява алфа-таласемия, беше идентифициран при трима индивида, които дисфункционират гени на хемоглобинова субединица алфа 1 и 2 (HBA1 и HBA2).Друг DEL от 27,4 kb върху ген, кодиращ хемоглобинова субединица бета (HBB) беше идентифициран в друг индивид.Известно е, че този SV причинява сериозни хемоглобинопатии.(Фигура 4в)
Фигура 4. pLoF SV, свързани с фенотипове и заболявания
Наблюдава се общ DEL от 2,4 kb в 35 хомозиготни и 67 хетерозиготни носители, който покрива пълния регион на 3-тия екзон на растежен хомонен рецептор (GHR).Установено е, че хомозиготните носители са значително по-къси от хетерзиготните (p=0.033).(Фигура 4d)
Освен това тези SV бяха обработени за еволюционни изследвания на населението между две регионални групи: Северен и Южен Китай.Бяха открити значително диференцирани SV, разпределени на Chr 1, 2, 3, 6, 10, 12, 14 и 19, в рамките на които най-горните бяха свързани с региони на имунитета, като IGH, MHC и т.н. Разумно е да се предположи, че диференциацията в тези SV може да се дължи на генетичен дрейф и дългосрочно излагане на различни среди за субпопулации в Китай.
справка
Wu, Zhikun и др.„Структурни варианти в китайското население и тяхното въздействие върху фенотипове, болести и адаптация на населението.“bioRxiv(2021 г.).
Новини и Акценти има за цел да сподели най-новите успешни случаи с Biomarker Technologies, да улови нови научни постижения, както и видни техники, приложени по време на проучването.
Време на публикуване: 6 януари 2022 г