TELJES GENÓM ÚJRASZEKVENCIÁLÁSA
A kínai populáció szerkezeti változatai és hatásuk a fenotípusokra, betegségekre és a populáció adaptációjára
Nanopore |PacBio |A teljes genom újraszekvenálása |Strukturális variáció hívása
Ebben a tanulmányban a Nanopore PromethION szekvenálást a Biomarker Technologies biztosította.
Kiemelések
Ebben a tanulmányban az emberi genom szerkezeti variációinak (SV-k) átfogó tájképét tárták fel a Nanopore PromethION platformon végzett régóta olvasott szekvenálás segítségével, amely elmélyíti az SV-k megértését a fenotípusokban, a betegségekben és az evolúcióban.
Kísérleti terv
Minták: 405 nem rokon kínai személy (206 férfi és 199 nő) perifériás vér leukocitái, 68 fenotípusos és klinikai méréssel.Az összes egyed közül 124 egyed ősi régiói északi tartományok voltak, 198 egyed déli, 53 délnyugati és 30 nem ismert.
Szekvenálási stratégia: Teljes genom hosszú olvasású szekvenálás (LRS) Nanopore 1D és PacBio HiFi olvasással.
Szekvenáló platform: Nanopore PromethION;PacBio folytatása II
Struktúra variációs hívás
1. ábra: SV hívás és szűrés munkafolyamata
Fő eredmények
Struktúra-változatok felderítése és érvényesítése
Nanopore dátumkészlet: Összesen 20,7 Tb tiszta olvasás generált PromethION szekvenáló platformon, átlagosan 51 Gb adatot ér el mintánként, kb.17-szeres mélységű.
Referencia genom illesztés (GRCh38): 94,1%-os átlagos térképezési arányt sikerült elérni.Az átlagos hibaarány (12,6%) hasonló volt egy korábbi benchmarking tanulmányhoz (12,6%) (2b. és 2c. ábra).
Struktúravariációs (SV) hívás: A tanulmányban alkalmazott SV-hívók a Sniffles, a NanoVar és a NanoSV voltak.A nagy megbízhatóságú SV-ket legalább két hívó által azonosított SV-kként határozták meg, és a mélységre, hosszra és területre vonatkozóan átmentek a szűréseken.
Minden mintában átlagosan 18 489 (15 439 és 22 505 közötti) nagy megbízhatóságú SV-t azonosítottak.(2d, 2e és 2f ábra)
2. ábra: A Nanopore adatkészlet által azonosított SV-k általános tájképe
Érvényesítés PacBio által: Az egy mintában (HG002, gyermek) azonosított SV-ket PacBio HiFi adatkészlet hitelesítette.A teljes hamis felfedezési arány (FDR) 3,2% volt, ami egy viszonylag megbízható SV azonosítást mutat Nanopore leolvasások segítségével.
Nem redundáns SV-k és genomi jellemzők
Nem redundáns SV-k: 132 312 nem redundáns SV-t kaptunk az összes mintában lévő SV-k összevonásával, amely 67 405 DEL-t, 60 182 INS-t, 3 956 DUP-t és 769 INV-t tartalmaz.(3a. ábra)
Összehasonlítás a meglévő SV-adatkészletekkel: Ezt az adatkészletet összehasonlították a közzétett TGS- vagy NGS-adatkészlettel.A négy összehasonlított adatkészleten belül az LRS15, amely egyben az egyetlen adatkészlet a hosszú olvasási szekvenálási platformról (PacBio), osztozta meg a legnagyobb átfedéseket ezzel az adatkészlettel.Ezenkívül ebben az adatkészletben az SV-k 53,3%-át (70 471) jelentették először.Az egyes SV-típusokat megvizsgálva a hosszú olvasási szekvenálási adatkészlettel rendelkező helyreállított INS-ek száma sokkal nagyobb volt, mint a többi rövid olvasású, ami azt jelzi, hogy a hosszú olvasási szekvenálás különösen hatékony az INS-ek észlelésében.(3b. és 3c. ábra)
3. ábra: A nem redundáns SV-k tulajdonságai az egyes SV-típusokhoz
Genomikus jellemzők: Az SV-k száma szignifikánsan korrelált a kromoszóma hosszával.A gének, ismétlődések, DEL-ek (zöld), INS (kék), DUP (sárga) és INV (narancssárga) eloszlását egy Circos diagramon mutattuk be, ahol a kromoszómakarok végén általános SV növekedést figyeltek meg.(3d. és 3e. ábra)
Az SV-k hossza: Az INS-ek és DEL-ek hossza lényegesen rövidebb volt, mint a DUP-ok és INV-k hossza, ami megegyezett a PacBio HiFi adatkészlet által azonosítottakkal.Az összes azonosított SV hossza 395,6 Mb-ra nőtt, ami a teljes emberi genom 13,2%-át foglalta el.Az SV-k egyedenként átlagosan 23,0 Mb (kb. 0,8%) genomot érintettek.(3f és 3g ábra)
Az SV-k funkcionális, fenotípusos és klinikai hatásai
Előre jelzett funkcióvesztés (pLoF) SV-k: A pLoF SV-ket úgy határoztuk meg, mint a CDS-sel kölcsönhatásba lépő SV-ket, ahol a kódoló nukleotidokat törölték vagy az ORF-eket megváltoztatták.Összesen 1929 pLoF SV-t, amelyek 1681 gén CDS-jét befolyásolták, annotáltak.Ezeken belül 38 gén emelte ki az „immunglobulinreceptor-kötődést” a GO-dúsítási elemzésben.Ezeket a pLoF SV-ket a GWAS, az OMIM és a COSMIC tovább annotálta.(4a. és 4b. ábra)
Fenotípusosan és klinikailag releváns SV-k: Számos SV a nanopórusos adatállományban fenotípusosan és klinikailag relevánsnak bizonyult.Egy ritka, 19,3 kb méretű heterozigóta DEL-t, amelyről ismert, hogy alfa-talaszémiát okoz, három egyedben azonosítottak, amelyek az alfa 1. és 2. hemoglobin alegység génjeit (HBA1 és HBA2) diszfunkcionálisak.Egy másik, 27,4 kb méretű DEL-t azonosítottak a béta hemoglobin alegységet (HBB) kódoló génen egy másik egyedben.Ez az SV súlyos hemoglobinopátiát okoz.(4c. ábra)
4. ábra. Fenotípusokkal és betegségekkel kapcsolatos pLoF SV-k
35 homozigóta és 67 heterozigóta hordozóban egy 2,4 kb-os közös DEL-t figyeltek meg, amely a növekedési homozigóta receptor (GHR) 3. exonjának teljes régióját lefedi.A homozigóta hordozók szignifikánsan rövidebbek voltak, mint a heterozigóták (p=0,033).(4d. ábra)
Ezenkívül ezeket az SV-ket két regionális csoport: Észak- és Dél-Kína közötti népességevolúciós vizsgálatokhoz dolgozták fel.Jelentősen eltérő SV-ket találtak a Chr 1, 2, 3, 6, 10, 12, 14 és 19 területeken, amelyeken belül a legfelsők immunitási régiókhoz kapcsolódnak, mint például az IGH, MHC stb. Indokolt feltételezni, hogy a ezekben az SV-kben a genetikai sodródásnak köszönhető differenciálódás, és a kínai szubpopulációk hosszú távú kitettsége változatos környezeteknek.
Referencia
Wu, Zhikun és mtsai."A kínai populáció szerkezeti változatai és hatásuk a fenotípusokra, a betegségekre és a populáció alkalmazkodására."bioRxiv(2021).
Hírek és kiemelések célja a legújabb sikeres esetek megosztása a Biomarker Technologies vállalattal, megörökítve az új tudományos eredményeket, valamint a tanulmány során alkalmazott kiemelkedő technikákat.
Feladás időpontja: 2022-06-06