KOKO GENOMIN UUDELLEENSEKVENSSOINTI
Kiinan väestön rakennemuunnelmat ja niiden vaikutus fenotyyppeihin, sairauksiin ja väestön sopeutumiseen
Nanopore |PacBio |Koko genomin uudelleensekvensointi |Rakenteellisen vaihtelun kutsuminen
Tässä tutkimuksessa Biomarker Technologies tarjosi Nanopore PromethION -sekvensoinnin.
Kohokohdat
Tässä tutkimuksessa paljastettiin ihmisen genomin rakenteellisten variaatioiden (SV:iden) yleinen maisema Nanopore PromethION -alustalla tehdyn pitkään luetun sekvensoinnin avulla, mikä syventää ymmärrystä SV:istä fenotyypeissä, sairauksissa ja evoluutiossa.
Kokeellinen suunnittelu
Näytteet: Perifeerisen veren leukosyytit 405:stä eri kiinalaisen yksilöstä (206 miestä ja 199 naista), 68 fenotyyppistä ja kliinistä mittausta.Kaikista yksilöistä 124 yksilön esi-isän alueet olivat pohjoisia provinsseja, 198 yksilön alueet olivat eteläisiä, 53 lounaisia ja 30 ei tunnettuja.
Sekvensointistrategia: Koko genomin pitkälukuinen sekvensointi (LRS) Nanopore 1D -lukujen ja PacBio HiFi -lukujen avulla.
Sekvensointialusta: Nanopore PromethION;PacBio jatko-osa II
Rakennemuutoskutsu
Kuva 1. SV-kutsujen ja suodatuksen työnkulku
Pääsaavutukset
Rakennemuutosten etsintä ja validointi
Nanopore-päivämäärä: PromethION-sekvensointialustalla on luotu yhteensä 20,7 Tb puhdasta lukua, jolloin saadaan keskimäärin 51 Gt dataa näytettä kohti, noin.17-kertainen syvyys.
Vertailugenomikohdistus (GRCh38): Keskimääräinen kartoitusaste 94,1 % saavutettiin.Keskimääräinen virheprosentti (12,6 %) oli samanlainen kuin aikaisemmassa vertailututkimuksessa (12,6 %) (kuvat 2b ja 2c).
Structure variation (SV) -kutsu: Tässä tutkimuksessa käytettyjä SV-kutsujia olivat Sniffles, NanoVar ja NanoSV.Korkean luotettavuuden SV:t määriteltiin SV:iksi, jotka vähintään kaksi soittajaa tunnisti ja läpäisivät suodatukset syvyyden, pituuden ja alueen mukaan.
Jokaisessa näytteessä tunnistettiin keskimäärin 18 489 (vaihteluväli 15 439 - 22 505) korkean luotettavuuden SV:tä.(Kuva 2d, 2e ja 2f)
Kuva 2. Nanopore-tietojoukon tunnistamien SV:iden kokonaismaisema
PacBion validointi: Yhdessä näytteessä tunnistetut SV:t (HG002, lapsi) validoitiin PacBio HiFi -tietojoukolla.Yleinen väärien havaitsemisprosentti (FDR) oli 3,2 %, mikä osoittaa suhteellisen luotettavan SV-tunnistuksen Nanoporen lukemilla.
Ei-redundantit SV:t ja genomiominaisuudet
Ei-redundantteja SV:itä: 132 312 ei-redundanttia SV:tä saatiin yhdistämällä SV:t kaikissa näytteissä, jotka sisältävät 67 405 DEL:tä, 60 182 INS:tä, 3 956 DUP:ta ja 769 INV:tä.(Kuva 3a)
Vertailu olemassa oleviin SV-tietosarjoihin: Tätä tietojoukkoa verrattiin julkaistuun TGS- tai NGS-tietojoukkoon.Vertailussa neljässä tietojoukossa LRS15, joka on myös ainoa pitkään luetun sekvensointialustan (PacBio) tietojoukko, jakoi suurimmat päällekkäisyydet tämän tietojoukon kanssa.Lisäksi 53,3 % (70 471) tämän tietojoukon SV:istä raportoitiin ensimmäistä kertaa.Kun tarkastellaan kutakin SV-tyyppiä, palautettujen INS:ien määrä, joissa oli pitkälukuinen sekvensointitietojoukko, oli paljon suurempi kuin muiden lyhytlukuisten, mikä osoittaa, että pitkän lukujakson sekvensointi on erityisen tehokasta INS:iden havaitsemisessa.(Kuvat 3b ja 3c)
Kuva 3. Ei-redundanttien SV:iden ominaisuudet kullekin SV-tyypille
Genomiominaisuudet: SV:iden lukumäärän havaittiin korreloivan merkittävästi kromosomin pituuden kanssa.Geenien jakauma, toistot, DEL:t (vihreä), INS (sininen), DUP (keltainen) ja INV (oranssi) esitettiin Circos-kaaviossa, jossa havaittiin yleinen SV:n lisääntyminen kromosomihaarojen päässä.(Kuva 3d ja 3e)
SV:iden pituus: INS:iden ja DEL:ien pituuksien havaittiin olevan huomattavasti lyhyempiä kuin DUP:iden ja INV:iden, jotka olivat yhtäpitäviä PacBio HiFi -tietojoukon tunnistamien kanssa.Kaikkien tunnistettujen SV:iden pituus kasvoi 395,6 Mb:iin, mikä peitti 13,2 % ihmisen koko genomista.SV:t vaikuttivat keskimäärin 23,0 Mb:iin (noin 0,8 %) genomista yksilöä kohden.(Kuva 3f ja 3g)
SV:n toiminnalliset, fenotyyppiset ja kliiniset vaikutukset
Ennustettu toiminnan menetys (pLoF) SV:t: pLoF SV:t määriteltiin SV:iksi, jotka olivat vuorovaikutuksessa CDS:n kanssa, joista koodaavat nukleotidit poistettiin tai ORF:itä muutettiin.Yhteensä 1 929 pLoF SV:tä, jotka vaikuttivat 1 681 geenin CDS:ään, merkittiin annotaatioiksi.Näistä 38 geeniä korosti "immunoglobuliinireseptorin sitoutumista" GO-rikastusanalyysissä.GWAS, OMIM ja COSMIC lisäsivät nämä pLoF SV:t.(Kuva 4a ja 4b)
Fenotyyppisesti ja kliinisesti merkitykselliset SV:t: Monet nanohuokosaineistossa olevat SV:t osoitettiin fenotyyppisesti ja kliinisesti merkityksellisiksi.Harvinainen 19,3 kb:n heterotsygoottinen DEL, jonka tiedettiin aiheuttavan alfa-talassemiaa, tunnistettiin kolmella yksilöllä, jotka häiritsivät hemoglobiinialayksikön alfa 1 ja 2 (HBA1 ja HBA2) geenejä.Toinen 27,4 kb:n DEL geenistä, joka koodaa hemoglobiinin alayksikköä beeta (HBB), tunnistettiin toisessa yksilössä.Tämän SV:n tiedettiin aiheuttavan vakavia hemoglobinopatioita.(Kuva 4c)
Kuva 4. Fenotyyppeihin ja sairauksiin liittyvät pLoF-SV:t
Yleinen 2,4 kb:n DEL havaittiin 35 homotsygoottisessa ja 67 heterotsygoottisessa kantajassa, joka kattaa Growth Homone Receptorin (GHR) 3. eksonin täydellisen alueen.Homotsygoottiset kantajat havaittiin merkitsevästi lyhyemmiksi kuin heterotsygoottiset (p=0,033).(Kuva 4d)
Lisäksi nämä SV:t käsiteltiin populaatioevoluutiotutkimuksia varten kahden alueellisen ryhmän välillä: Pohjois- ja Etelä-Kiinassa.Merkittävästi erilaisia SV:itä löydettiin jakaantuneena Chr 1:lle, 2:lle, 3:lle, 6, 10:lle, 12:lle, 14:lle ja 19:lle, joista ylimmät liittyivät immuniteettialueisiin, kuten IGH, MHC jne. On perusteltua olettaa, että näiden SV:iden erilaistuminen voi johtua geneettisestä ajautumisesta ja pitkällä aikavälillä altistumisesta erilaisille ympäristöille Kiinan alapopulaatioissa.
Viite
Wu, Zhikun, et ai."Kiinan väestön rakennemuunnelmat ja niiden vaikutus fenotyyppeihin, sairauksiin ja väestön sopeutumiseen."bioRxiv(2021).
Uutisia ja kohokohtia Tavoitteena on jakaa uusimmat onnistuneet tapaukset Biomarker Technologiesin kanssa, vangita uusia tieteellisiä saavutuksia sekä tutkimuksen aikana käytettyjä merkittäviä tekniikoita.
Postitusaika: 06.01.2022