ΟΛΟΚΛΗΡΗ ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΓΟΝΙΔΩΜΑΤΟΣ
Παραλλαγές δομής στον κινεζικό πληθυσμό και η επίδρασή τους στους φαινότυπους, τις ασθένειες και την προσαρμογή του πληθυσμού
Nanopore |PacBio |Επαναλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος |Κλήση δομικής παραλλαγής
Σε αυτή τη μελέτη, η αλληλουχία Nanopore PromethION παρέχεται από τη Biomarker Technologies.
Καλύτερες στιγμές
Σε αυτή τη μελέτη, αποκαλύφθηκε ένα συνολικό τοπίο δομικών παραλλαγών (SV) στο ανθρώπινο γονιδίωμα με τη βοήθεια της μακροχρόνιας αλληλουχίας στην πλατφόρμα Nanopore PromethION, η οποία εμβαθύνει την κατανόηση των SV σε φαινότυπους, ασθένειες και εξέλιξη.
Πειραματικό σχέδιο
Δείγματα: Λευκοκύτταρα περιφερικού αίματος 405 μη συγγενών Κινέζων ατόμων (206 άνδρες και 199 γυναίκες) με 68 φαινοτυπικές και κλινικές μετρήσεις.Μεταξύ όλων των ατόμων, οι προγονικές περιοχές των 124 ατόμων ήταν επαρχίες στο Βορρά, αυτές των 198 ατόμων ήταν Νότια, 53 ήταν Νοτιοδυτικά και 30 δεν ήταν γνωστές.
Στρατηγική αλληλούχισης: Αλληλουχία μακράς ανάγνωσης ολόκληρου του γονιδιώματος (LRS) με αναγνώσεις Nanopore 1D και αναγνώσεις PacBio HiFi.
Πλατφόρμα αλληλούχισης: Nanopore PromethION;PacBio Sequel II
Κλήση Παραλλαγής Δομής
Εικόνα 1. Ροή εργασιών κλήσης και φιλτραρίσματος SV
Κύρια επιτεύγματα
Ανακάλυψη και επικύρωση παραλλαγής δομής
Σύνολο ημερομηνιών Nanopore: Συνολικά δημιουργήθηκαν καθαρές αναγνώσεις 20,7 Tb στην πλατφόρμα αλληλουχίας PromethION, επιτυγχάνοντας κατά μέσο όρο 51 Gb δεδομένων ανά δείγμα, περίπου.17 φορές σε βάθος.
Ευθυγράμμιση γονιδιώματος αναφοράς (GRCh38): Επιτεύχθηκε μέσο ποσοστό χαρτογράφησης 94,1%.Το μέσο ποσοστό σφάλματος (12,6%) ήταν παρόμοιο με μια προηγούμενη μελέτη συγκριτικής αξιολόγησης (12,6%) (Εικόνα 2β και 2γ)
Κλήση παραλλαγής δομής (SV): Οι καλούντες SV που εφαρμόστηκαν σε αυτήν τη μελέτη περιλάμβαναν τα Sniffles, NanoVar και NanoSV.Τα SV υψηλής εμπιστοσύνης ορίστηκαν ως SV που προσδιορίζονται από τουλάχιστον δύο καλούντες και περνούν φιλτράρισμα σε βάθος, μήκος και περιοχή.
Σε κάθε δείγμα προσδιορίστηκαν κατά μέσο όρο 18.489 (που κυμαίνονται από 15.439 έως 22.505) SV υψηλής εμπιστοσύνης.(Εικόνα 2δ, 2ε και 2στ)
Εικόνα 2. Συνολικό τοπίο των SV που προσδιορίζονται από το σύνολο δεδομένων Nanopore
Επικύρωση από το PacBio: Τα SV που προσδιορίστηκαν σε ένα δείγμα (HG002, παιδί) επικυρώθηκαν από ένα σύνολο δεδομένων PacBio HiFi.Το συνολικό ποσοστό ψευδούς ανακάλυψης (FDR) ήταν 3,2%, απεικονίζοντας μια σχετικά αξιόπιστη ταυτοποίηση SV από τις αναγνώσεις Nanopore.
Μη πλεονάζοντα SV και γονιδιωματικά χαρακτηριστικά
Μη πλεονάζοντα SV: Ένα σύνολο 132.312 μη περιττών SV λήφθηκε με τη συγχώνευση SV σε όλα τα δείγματα, το οποίο περιλαμβάνει 67.405 DEL, 60.182 INS, 3.956 DUP και 769 INV.(Εικόνα 3α)
Σύγκριση με υπάρχοντα σύνολα δεδομένων SV: Αυτό το σύνολο δεδομένων συγκρίθηκε με δημοσιευμένο σύνολο δεδομένων TGS ή NGS.Εντός των τεσσάρων συνόλων δεδομένων που συγκρίθηκαν, το LRS15, το οποίο είναι επίσης το μόνο σύνολο δεδομένων από πλατφόρμα αλληλουχίας μακράς ανάγνωσης (PacBio) μοιράστηκε τις μεγαλύτερες επικαλύψεις με αυτό το σύνολο δεδομένων.Επιπλέον, το 53,3% (70.471) των SV σε αυτό το σύνολο δεδομένων αναφέρθηκαν για πρώτη φορά.Εξετάζοντας κάθε τύπο SV, ο αριθμός των ανακτημένων INS με σύνολο δεδομένων αλληλουχίας μακράς ανάγνωσης ήταν πολύ μεγαλύτερος από τα υπόλοιπα σύντομης ανάγνωσης, υποδεικνύοντας ότι η αλληλουχία μακράς ανάγνωσης είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην ανίχνευση INS.(Εικόνα 3β και 3γ)
Εικόνα 3. Ιδιότητες μη περιττών SV για κάθε τύπο SV
Γονιδιωματικά χαρακτηριστικά: Ο αριθμός των SV βρέθηκε να συσχετίζεται σημαντικά με το μήκος των χρωμοσωμάτων.Κατανομή γονιδίων, επαναλήψεις, DELs (πράσινο), INS (μπλε), DUP (κίτρινο) και INV (πορτοκαλί) εμφανίστηκαν σε ένα διάγραμμα Circos, όπου παρατηρήθηκε μια γενική αύξηση στο SV στο τέλος των βραχιόνων χρωμοσωμάτων.(Εικόνα 3δ και 3ε)
Μήκος SV: Τα μήκη των INS και DEL βρέθηκαν να είναι σημαντικά μικρότερα από εκείνα των DUP και INV, τα οποία συμφωνούσαν με αυτά που προσδιορίστηκαν από το σύνολο δεδομένων PacBio HiFi.Το μήκος όλων των αναγνωρισμένων SV προστέθηκε έως και 395,6 Mb, το οποίο καταλάμβανε το 13,2% ολόκληρου του ανθρώπινου γονιδιώματος.Τα SV επηρέασαν κατά μέσο όρο 23,0 Mb (περίπου 0,8%) γονιδιώματος ανά άτομο.(Εικόνα 3f και 3g)
Λειτουργικές, φαινοτυπικές και κλινικές επιπτώσεις των SV
Προβλεπόμενη απώλεια λειτουργίας (pLoF) SV: Τα pLoF SV ορίστηκαν ως SV που αλληλεπιδρούν με CDS, όπου τα κωδικοποιητικά νουκλεοτίδια διαγράφηκαν ή τα ORFs τροποποιήθηκαν.Συνολικά σχολιάστηκαν 1.929 pLoF SV που επηρεάζουν CDS 1.681 γονιδίων.Μέσα σε αυτά, 38 γονίδια τόνισαν τη «δέσμευση υποδοχέα ανοσοσφαιρίνης» στην ανάλυση εμπλουτισμού GO.Αυτά τα pLoF SV σχολιάστηκαν περαιτέρω από τα GWAS, OMIM και COSMIC, αντίστοιχα.(Εικόνα 4α και 4β)
Φαινοτυπικά και κλινικά σχετικά SV: Ένας αριθμός SV στο σύνολο δεδομένων νανοπόρων αποδείχθηκε ότι είναι φαινοτυπικά και κλινικά σχετικοί.Ένα σπάνιο ετερόζυγο DEL 19,3 kb, γνωστό ότι προκαλεί άλφα-θαλασσαιμία, εντοπίστηκε σε τρία άτομα, τα οποία δυσλειτουργούσαν γονίδια της Υπομονάδας Αιμοσφαιρίνης Άλφα 1 και 2 (HBA1 και HBA2).Ένα άλλο DEL 27,4 kb σε γονίδιο που κωδικοποιεί την υπομονάδα αιμοσφαιρίνης βήτα (HBB) ταυτοποιήθηκε σε άλλο άτομο.Αυτό το SV ήταν γνωστό ότι προκαλεί σοβαρές αιμοσφαιρινοπάθειες.(Εικόνα 4γ)
Εικόνα 4. pLoF SV που σχετίζονται με φαινότυπους και ασθένειες
Ένα κοινό DEL 2,4 kb παρατηρήθηκε σε 35 ομόζυγους και 67 ετερόζυγους φορείς, που καλύπτει την πλήρη περιοχή του 3ου εξωνίου του Υποδοχέα Ομόνης Ανάπτυξης (GHR).Οι ομόζυγοι φορείς βρέθηκαν σημαντικά μικρότεροι από τους ετερόζυγους (p=0,033).(Εικόνα 4δ)
Επιπλέον, αυτά τα SV υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για πληθυσμιακές εξελικτικές μελέτες μεταξύ δύο περιφερειακών ομάδων: της Βόρειας και της Νότιας Κίνας.Σημαντικά διαφορικά SV βρέθηκαν κατανεμημένα στις Chr 1, 2, 3, 6,10,12,14 και 19, εντός των οποίων, οι κορυφαίες συνδέθηκαν με περιοχές ανοσίας, όπως IGH, MHC, κ.λπ. Είναι εύλογο να υποθέσουμε ότι Η διαφοροποίηση σε αυτά τα SV μπορεί να οφείλεται σε γενετική μετατόπιση και μακροπρόθεσμη έκθεση σε διαφορετικά περιβάλλοντα για υποπληθυσμούς στην Κίνα.
Αναφορά
Wu, Zhikun, et αϊ.«Δομικές παραλλαγές στον κινεζικό πληθυσμό και ο αντίκτυπός τους στους φαινότυπους, τις ασθένειες και την προσαρμογή του πληθυσμού».bioRxiv(2021).
Νέα και Στιγμιότυπα στοχεύει στο να μοιράζεται τις πιο πρόσφατες επιτυχημένες περιπτώσεις με τη Biomarker Technologies, αποτυπώνοντας νέα επιστημονικά επιτεύγματα καθώς και εξέχουσες τεχνικές που εφαρμόστηκαν κατά τη διάρκεια της μελέτης.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-06-2022