RESKVENCIJA CIJELOG GENOMA
Varijante strukture u kineskoj populaciji i njihov utjecaj na fenotipove, bolesti i prilagodbu populacije
Nanopore |PacBio |Ponovno sekvenciranje cijelog genoma |Pozivanje strukturnih varijacija
U ovoj studiji, Nanopore PromethION sekvenciranje je omogućio Biomarker Technologies.
Naglasci
U ovoj studiji otkriven je cjelokupni krajolik strukturnih varijacija (SV) u ljudskom genomu uz pomoć dugotrajnog sekvencioniranja na Nanopore PromethION platformi, što produbljuje razumijevanje SV u fenotipovima, bolestima i evoluciji.
Eksperimentalni dizajn
Uzorci: leukociti periferne krvi 405 nesrodnih kineskih pojedinaca (206 muškaraca i 199 žena) sa 68 fenotipskih i kliničkih mjerenja.Od svih pojedinaca, regije predaka 124 pojedinca bile su sjeverne pokrajine, one 198 pojedinaca bile su južne, 53 bile su jugozapadne, a 30 nije bilo poznato.
Strategija sekvenciranja: dugoočitano sekvenciranje cijelog genoma (LRS) s Nanopore 1D očitanjima i PacBio HiFi očitanjima.
Platforma za sekvenciranje: Nanopore PromethION;PacBio nastavak II
Pozivanje varijacije strukture
Slika 1. Tijek rada SV poziva i filtriranja
Glavna postignuća
Otkrivanje i provjera varijacija strukture
Nanopore skup podataka: Ukupno 20,7 Tb čistih čitanja generiranih na PromethION platformi za sekvenciranje, postižući prosječno 51 Gb podataka po uzorku, približno.17 puta u dubinu.
Usklađivanje referentnog genoma (GRCh38): Postignuta je prosječna stopa mapiranja od 94,1%.Prosječna stopa pogreške (12,6%) bila je slična prethodnoj usporednoj studiji (12,6%) (Slika 2b i 2c)
Poziv varijacije strukture (SV): SV pozivatelji primijenjeni u ovoj studiji uključivali su Sniffles, NanoVar i NanoSV.SV-ovi visoke pouzdanosti definirani su kao SV-ovi koje su identificirala najmanje dva pozivatelja i koji su prošli filtracije po dubini, duljini i regiji.
U svakom je uzorku identificirano prosječno 18 489 (u rasponu od 15 439 do 22 505) SV-ova visoke pouzdanosti.(Slika 2d, 2e i 2f)
Slika 2. Cjelokupni krajolik SV-ova identificiranih Nanopore skupom podataka
Validacija od strane PacBio: SV-ovi identificirani u jednom uzorku (HG002, dijete) su potvrđeni od strane PacBio HiFi skupa podataka.Ukupna stopa lažnog otkrivanja (FDR) bila je 3,2%, što ilustrira relativno pouzdanu identifikaciju SV pomoću Nanopore očitavanja.
Ne-redundantni SV-ovi i genomske značajke
Neredundantni SV: Skup od 132 312 neredundantnih SV dobiven je spajanjem SV u svim uzorcima, što uključuje 67 405 DEL, 60 182 INS, 3 956 DUP i 769 INV.(Slika 3a)
Usporedba s postojećim SV skupovima podataka: Ovaj skup podataka uspoređen je s objavljenim TGS ili NGS skupom podataka.Unutar četiri uspoređena skupa podataka, LRS15, koji je ujedno i jedini skup podataka s platforme za dugo čitanje sekvenciranja (PacBio), dijelio je najveća preklapanja s ovim skupom podataka.Štoviše, 53,3% (70 471) SV-ova u ovom skupu podataka prijavljeno je prvi put.Proučavajući svaku vrstu SV-a, broj obnovljenih INS-ova sa skupom podataka sekvenciranja dugog čitanja bio je puno veći od ostalih onih s kratkim čitanjem, što ukazuje da je sekvenciranje dugog čitanja posebno učinkovito u otkrivanju INS-ova.(Slika 3b i 3c)
Slika 3. Svojstva neredundantnih SV-ova za svaki tip SV-a
Genomske značajke: Utvrđeno je da broj SV značajno korelira s duljinom kromosoma.Distribucija gena, ponavljanja, DELs (zeleno), INS (plavo), DUP (žuto) i INV (narančasto) prikazani su na Circosovom dijagramu, gdje je primijećeno opće povećanje SV na krajevima krakova kromosoma.(Slika 3d i 3e)
Duljina SV-ova: Utvrđeno je da su duljine INS-ova i DEL-ova znatno kraće od onih za DUP-ove i INV-ove, što se slaže s onima koje je identificirao skup podataka PacBio HiFi.Duljina svih identificiranih SV-ova iznosila je 395,6 Mb, što je zauzimalo 13,2% cjelokupnog ljudskog genoma.SV-ovi su u prosjeku zahvatili 23,0 Mb (približno 0,8%) genoma po pojedincu.(Slika 3f i 3g)
Funkcionalni, fenotipski i klinički učinci SV
Predviđeni gubitak funkcije (pLoF) SV: pLoF SV definirani su kao SV u interakciji s CDS-om, gdje su kodirajući nukleotidi izbrisani ili su ORF-ovi promijenjeni.Obilježeno je ukupno 1929 pLoF SV koji utječu na CDS 1681 gena.Unutar njih, 38 gena istaknulo je "vezivanje receptora imunoglobulina" u analizi obogaćivanja GO.Ove pLoF SV-ove dodatno su komentirali GWAS, OMIM i COSMIC.(Slika 4a i 4b)
Fenotipski i klinički relevantni SV: određeni broj SV u skupu podataka o nanoporama pokazao se fenotipski i klinički relevantnim.Rijedak heterozigotni DEL od 19,3 kb, za koji se zna da uzrokuje alfa-talasemiju, identificiran je u tri osobe, koji su poremetili funkciju gena hemoglobinske podjedinice alfa 1 i 2 (HBA1 i HBA2).Još jedan DEL od 27,4 kb na genu koji kodira podjedinicu hemoglobina Beta (HBB) identificiran je u drugoj osobi.Poznato je da ovaj SV uzrokuje ozbiljne hemoglobinopatije.(Slika 4c)
Slika 4. pLoF SV povezani s fenotipovima i bolestima
Uobičajeni DEL od 2,4 kb primijećen je u 35 homozigotnih i 67 heterozigotnih nositelja, koji pokriva cijelu regiju 3. egzona receptora hormona rasta (GHR).Utvrđeno je da su homozigotni nosioci značajno kraći od heterozigotnih (p=0,033).(Slika 4d)
Nadalje, ovi SV-ovi su obrađeni za evolucijske studije stanovništva između dvije regionalne skupine: Sjeverne i Južne Kine.Pronađeni su značajno različiti SV raspoređeni na Chr 1, 2, 3, 6, 10, 12, 14 i 19, unutar kojih su oni na vrhu povezani s regijama imuniteta, kao što su IGH, MHC itd. Razumno je nagađati da su diferencijacija u ovim SV može biti posljedica genetskog pomaka i dugotrajne izloženosti različitim okruženjima za subpopulacije u Kini.
Referenca
Wu, Zhikun, et al."Strukturne varijante u kineskoj populaciji i njihov utjecaj na fenotipove, bolesti i prilagodbu populacije."bioRxiv(2021).
Vijesti i istaknuto ima za cilj podijeliti najnovije uspješne slučajeve s Biomarker Technologies, bilježeći nova znanstvena dostignuća kao i istaknute tehnike primijenjene tijekom studije.
Vrijeme objave: 6. siječnja 2022