VISA GENOMA ATKĀRTOJUMS
Ķīnas populācijas struktūras varianti un to ietekme uz fenotipiem, slimībām un populācijas adaptāciju
Nanopore |PacBio |Visa genoma atkārtota sekvencēšana |Strukturālo variāciju izsaukšana
Šajā pētījumā Nanopore PromethION sekvencēšanu nodrošināja Biomarker Technologies.
Izceļ
Šajā pētījumā tika atklāta vispārēja strukturālo variāciju (SV) ainava cilvēka genomā, izmantojot ilgstoši lasītu sekvencēšanu Nanopore PromethION platformā, kas padziļina izpratni par SV fenotipos, slimībās un evolūcijā.
Eksperimentālais dizains
Paraugi: perifēro asiņu leikocīti no 405 nesaistītiem ķīniešu indivīdiem (206 vīrieši un 199 sievietes) ar 68 fenotipiskiem un klīniskiem mērījumiem.Starp visiem indivīdiem 124 indivīdu senču reģioni bija ziemeļu provinces, 198 indivīdu senču reģioni bija dienvidos, 53 bija dienvidrietumos un 30 nebija zināmi.
Sekvencēšanas stratēģija: visa genoma ilgstošas nolasīšanas sekvencēšana (LRS) ar Nanopore 1D nolasīšanu un PacBio HiFi nolasīšanu.
Sekvencēšanas platforma: Nanopore PromethION;PacBio turpinājums II
Struktūras variāciju izsaukšana
1. attēls. SV izsaukšanas un filtrēšanas darbplūsma
Galvenie sasniegumi
Struktūras variāciju atklāšana un apstiprināšana
Nanopore datu kopa: PromethION sekvencēšanas platformā kopumā ģenerēti 20,7 Tb tīri nolasījumi, sasniedzot vidēji 51 Gb datu vienā paraugā, apm.17 reizes dziļumā.
Atsauces genoma izlīdzināšana (GRCh38): tika sasniegts vidējais kartēšanas ātrums 94,1%.Vidējais kļūdu līmenis (12,6 %) bija līdzīgs iepriekšējam salīdzinošajam pētījumam (12,6 %) (2.b un 2.c attēls).
Struktūras variācijas (SV) izsaukšana: šajā pētījumā izmantotie SV zvanītāji bija Sniffles, NanoVar un NanoSV.Augstas ticamības SV tika definēti kā SV, kurus identificēja vismaz divi zvanītāji un tika filtrēti pēc dziļuma, garuma un reģiona.
Katrā paraugā tika identificēti vidēji 18 489 (no 15 439 līdz 22 505) augstas ticamības SV.(2.d, 2e un 2f attēls)
2. attēls. Nanopore datu kopas identificēto SV kopējā ainava
PacBio validācija: vienā paraugā (HG002, bērns) identificētie SV tika apstiprināti, izmantojot PacBio HiFi datu kopu.Kopējais viltus atklāšanas līmenis (FDR) bija 3,2%, kas ilustrē salīdzinoši ticamu SV identifikāciju ar Nanopore nolasījumiem.
Neliekas SV un genoma pazīmes
Neliekas SV: 132 312 nelieku SV kopa tika iegūta, apvienojot SV visos paraugos, kas ietver 67 405 DEL, 60 182 INS, 3 956 DUP un 769 INV.(3.a attēls)
Salīdzinājums ar esošajām SV datu kopām: šī datu kopa tika salīdzināta ar publicēto TGS vai NGS datu kopu.Četrās salīdzinātajās datu kopās LRS15, kas ir arī vienīgā datu kopa no ilgi lasītas sekvencēšanas platformas (PacBio), visvairāk pārklājās ar šo datu kopu.Turklāt 53,3% (70 471) SV šajā datu kopā tika ziņots pirmo reizi.Izpētot katru SV tipu, atgūto INS skaits ar ilgi nolasāmu sekvencēšanas datu kopu bija daudz lielāks nekā pārējās īsi nolasāmās, norādot, ka ilgi lasāmā secība ir īpaši efektīva INS noteikšanā.(3.b un 3.c attēls)
3. attēls. Katra SV tipa nedublīgo SV īpašības
Genomiskās pazīmes: tika konstatēts, ka SV skaits būtiski korelē ar hromosomu garumu.Gēnu, atkārtojumu, DEL (zaļš), INS (zils), DUP (dzeltens) un INV (oranžs) sadalījums tika parādīts Circos diagrammā, kur hromosomu roku beigās tika novērots vispārējs SV pieaugums.(3.d un 3.e attēls)
SV garums: tika konstatēts, ka INS un DEL garumi ir ievērojami īsāki nekā DUP un INV garumi, kas sakrita ar tiem, kas identificēti PacBio HiFi datu kopā.Visu identificēto SV garums palielinājās līdz 395, 6 Mb, kas aizņēma 13, 2% no visa cilvēka genoma.SV vidēji ietekmēja 23,0 Mb (apmēram 0,8%) genoma uz vienu indivīdu.(3f un 3g attēls)
SV funkcionālā, fenotipiskā un klīniskā ietekme
Paredzētais funkciju zudums (pLoF) SV: pLoF SV tika definēti kā SV, kas mijiedarbojās ar CDS, kur kodējošie nukleotīdi tika izdzēsti vai ORF tika mainīti.Kopumā tika anotēti 1929 pLoF SV, kas ietekmēja 1681 gēna CDS.Tajos 38 gēni GO bagātināšanas analīzē iezīmēja “imūnglobulīna receptoru saistīšanos”.Šos pLoF SV tālāk anotēja attiecīgi GWAS, OMIM un COSMIC.(4.a un 4.b attēls)
Fenotipiski un klīniski nozīmīgi SV: tika pierādīts, ka vairāki SV nanoporu datu kopā ir fenotipiski un klīniski nozīmīgi.Reti sastopams 19,3 kb heterozigots DEL, kas, kā zināms, izraisa alfa-talasēmiju, tika identificēts trīs indivīdos, kuri disfunkcionēja hemoglobīna alfa 1. un 2. apakšvienības (HBA1 un HBA2) gēnus.Citā indivīdā tika identificēts vēl viens DEL ar 27,4 kb gēnu, kas kodē hemoglobīna apakšvienību Beta (HBB).Bija zināms, ka šī SV izraisa nopietnas hemoglobinopātijas.(4.c attēls)
4. attēls. pLoF SV, kas saistīti ar fenotipiem un slimībām
Kopējais DEL 2,4 kb tika novērots 35 homozigotos un 67 heterozigotos nesējos, kas aptver visu augšanas hormona receptora (GHR) 3. eksona reģionu.Homozigotie nesēji tika konstatēti ievērojami īsāki nekā heterozigoti (p=0,033).(4.d attēls)
Turklāt šie SV tika apstrādāti iedzīvotāju evolūcijas pētījumiem starp divām reģionālajām grupām: Ziemeļu un Dienvidķīnu.Tika konstatēti ievērojami atšķirīgi SV, kas izplatīti Chr 1, 2, 3, 6, 10, 12, 14 un 19, kuros augstākie bija saistīti ar imunitātes reģioniem, piemēram, IGH, MHC utt. Ir pamatoti domāt, ka diferenciācija šajos SV var būt saistīta ar ģenētisko novirzi un ilgtermiņa pakļautību dažādām vidēm Ķīnas apakšpopulācijām.
Atsauce
Wu, Zhikun u.c."Ķīnas iedzīvotāju strukturālie varianti un to ietekme uz fenotipiem, slimībām un populācijas adaptāciju."bioRxiv(2021).
Jaunumi un svarīgākie notikumi mērķis ir dalīties ar jaunākajiem veiksmīgajiem gadījumiem ar Biomarker Technologies, tverot jaunus zinātnes sasniegumus, kā arī ievērojamas metodes, kas izmantotas pētījuma laikā.
Ievietošanas laiks: Jan-06-2022