Ponowne sekwencjonowanie całego genomu
Warianty struktury populacji chińskiej i ich wpływ na fenotypy, choroby i adaptację populacji
Nanopor |PacBio |Ponowne sekwencjonowanie całego genomu |Wywoływanie zmian strukturalnych
W tym badaniu sekwencjonowanie Nanopore PromethION dostarczyła firma Biomarker Technologies.
Przegląd najważniejszych wydarzeń
W tym badaniu odkryto ogólny krajobraz zmian strukturalnych (SV) w ludzkim genomie za pomocą długotrwałego sekwencjonowania na platformie Nanopore PromethION, co pogłębia zrozumienie SV w fenotypach, chorobach i ewolucji.
Eksperymentalny projekt
Próbki: Leukocyty krwi obwodowej 405 niespokrewnionych Chińczyków (206 mężczyzn i 199 kobiet) z 68 pomiarami fenotypowymi i klinicznymi.Spośród wszystkich osobników regiony przodków 124 osób znajdowały się w prowincjach na północy, 198 osób na południu, 53 na południowym zachodzie, a 30 nie było znanych.
Strategia sekwencjonowania: Sekwencjonowanie całego genomu z długim odczytem (LRS) za pomocą odczytów Nanopore 1D i odczytów PacBio HiFi.
Platforma sekwencjonowania: Nanopore PromethION;Kontynuacja PacBio II
Wywoływanie zmian struktury
Rysunek 1. Przebieg wywoływania i filtrowania SV
Główne osiągnięcia
Odkrywanie i walidacja zmienności struktury
Zestaw danych Nanopore: łącznie 20,7 Tb czystych odczytów wygenerowanych na platformie sekwencjonowania PromethION, co daje średnio 51 Gb danych na próbkę, ok.17-krotna głębokość.
Dopasowanie genomu referencyjnego (GRCh38): Osiągnięto średni wskaźnik mapowania wynoszący 94,1%.Średni poziom błędu (12,6%) był podobny do poprzedniego badania porównawczego (12,6%) (rysunek 2b i 2c)
Wywoływanie zmian struktury (SV): wywołania SV zastosowane w tym badaniu obejmowały Sniffles, NanoVar i NanoSV.SV o wysokim stopniu pewności zdefiniowano jako SV zidentyfikowane przez co najmniej dwóch obiektów wywołujących i poddane filtracji według głębokości, długości i regionu.
W każdej próbce zidentyfikowano średnio 18 489 (od 15 439 do 22 505) SV o wysokim stopniu pewności.(Rysunek 2d, 2e i 2f)
Rysunek 2. Ogólny krajobraz SV zidentyfikowanych na podstawie zbioru danych Nanopore
Walidacja przeprowadzona przez PacBio: SV zidentyfikowane w jednej próbce (HG002, dziecko) zostały zweryfikowane za pomocą zestawu danych PacBio HiFi.Ogólny współczynnik fałszywych odkryć (FDR) wyniósł 3,2%, co ilustruje stosunkowo niezawodną identyfikację SV za pomocą odczytów Nanopore.
Nienadmiarowe SV i cechy genomowe
Nienadmiarowe SV: Przez połączenie SV we wszystkich próbach uzyskano zestaw 132 312 nienadmiarowych SV, który obejmuje 67 405 DEL, 60 182 INS, 3956 DUP i 769 INV.(Rysunek 3a)
Porównanie z istniejącymi zbiorami danych SV: Ten zbiór danych porównano z opublikowanymi zbiorami danych TGS lub NGS.W czterech porównywanych zbiorach danych LRS15, który jest również jedynym zbiorem danych z platformy sekwencjonowania o długim odczycie (PacBio), w największym stopniu pokrywał się z tym zbiorem danych.Co więcej, 53,3% (70 471) SV w tym zbiorze danych zostało zgłoszonych po raz pierwszy.Patrząc na każdy typ SV, liczba odzyskanych INS z zestawem danych sekwencjonowania o długim odczycie była znacznie większa niż pozostałe zestawy danych o krótkim odczycie, co wskazuje, że sekwencjonowanie o długim odczycie jest szczególnie skuteczne w wykrywaniu INS.(Rysunek 3b i 3c)
Rysunek 3. Właściwości nienadmiarowych SV dla każdego typu SV
Cechy genomowe: Stwierdzono, że liczba SV jest istotnie skorelowana z długością chromosomu.Rozkład genów, powtórzenia, DEL (zielony), INS (niebieski), DUP (żółty) i INV (pomarańczowy) pokazano na diagramie Circos, gdzie zaobserwowano ogólny wzrost SV na końcach ramion chromosomów.(Rysunek 3d i 3e)
Długość SV: Stwierdzono, że długości INS i DEL są znacznie krótsze niż DUP i INV, co zgadza się z tymi określonymi w zestawie danych PacBio HiFi.Długość wszystkich zidentyfikowanych SV wzrosła do 395,6 Mb, co zajmowało 13,2% całego ludzkiego genomu.SV wpływają średnio na 23,0 Mb (około 0,8%) genomu na osobę.(Rysunek 3f i 3g)
Funkcjonalne, fenotypowe i kliniczne skutki SV
Przewidywana utrata funkcji (pLoF) SV: SV pLoF zdefiniowano jako SV oddziałujące z CDS, gdzie usunięto nukleotydy kodujące lub zmieniono ORF.W sumie odnotowano 1929 pLoF SV wpływających na CDS 1681 genów.Wśród nich 38 genów podkreśliło „wiązanie receptora immunoglobulin” w analizie wzbogacania GO.Te pLoF SV zostały dodatkowo opisane odpowiednio przez GWAS, OMIM i COSMIC.(Rysunek 4a i 4b)
Fenotypowo i klinicznie istotne SV: Wykazano, że pewna liczba SV w zbiorze danych nanoporów jest istotna fenotypowo i klinicznie.U trzech osób zidentyfikowano rzadki heterozygotyczny DEL o wielkości 19,3 kb, o którym wiadomo, że powoduje alfa-talasemię, u trzech osób z dysfunkcją genów podjednostek alfa 1 i 2 hemoglobiny (HBA1 i HBA2).U innego osobnika zidentyfikowano kolejny DEL o wielkości 27,4 kb genu kodującego podjednostkę beta hemoglobiny (HBB).Wiadomo było, że ten SV powoduje poważne hemoglobinopatie.(Rysunek 4c)
Rycina 4. SV pLoF powiązane z fenotypami i chorobami
Wspólny DEL o wielkości 2,4 kb zaobserwowano u 35 homozygotycznych i 67 heterozygotycznych nosicieli, co obejmuje cały region 3. egzonu receptora homozygotycznego wzrostu (GHR).Stwierdzono, że nosiciele homozygotyczni są istotnie krótsi niż nosiciele heterozygotyczni (p=0,033).(Rysunek 4d)
Co więcej, te SV zostały wykorzystane do badań ewolucji populacji pomiędzy dwiema grupami regionalnymi: północnymi i południowymi Chinami.Stwierdzono znacząco zróżnicowane wartości SV rozmieszczone w Chr 1, 2, 3, 6, 10, 12, 14 i 19, w obrębie których najwyższe z nich były powiązane z regionami odporności, takimi jak IGH, MHC itp. Rozsądne jest spekulowanie, że zróżnicowanie tych SV może wynikać z dryfu genetycznego i długoterminowego narażenia subpopulacji w Chinach na zróżnicowane środowiska.
Odniesienie
Wu, Zhikun i in.„Warianty strukturalne populacji chińskiej i ich wpływ na fenotypy, choroby i adaptację populacji”.bioRxiv(2021).
Wiadomości i najważniejsze informacje ma na celu podzielenie się najnowszymi pomyślnymi przypadkami z firmą Biomarker Technologies, uchwycenie nowatorskich osiągnięć naukowych, a także wybitnych technik zastosowanych podczas badania.
Czas publikacji: 06 stycznia 2022 r