BUONG GENOME RESEQUENCING
Mga variant ng istruktura sa populasyon ng Tsino at ang epekto nito sa mga phenotype, sakit at adaptasyon ng populasyon
Nanopore |PacBio |Buong genome re-sequencing |Structural variation calling
Sa pag-aaral na ito, ang Nanopore PromethION sequencing ay ibinigay ng Biomarker Technologies.
Mga highlight
Sa pag-aaral na ito, ang isang pangkalahatang tanawin ng mga pagkakaiba-iba ng istruktura (SVs) sa genome ng tao ay ipinahayag sa tulong ng matagal na nabasa na pagkakasunud-sunod sa Nanopore PromethION platfrom, na nagpapalalim sa pag-unawa sa mga SV sa mga phenotype, sakit at ebolusyon.
Eksperimental na Disenyo
Mga Sample: Mga peripheral blood leukocytes ng 405 na walang kaugnayang Chinese na indibidwal (206 lalaki at 199 babae) na may 68 phenotypic at clinical measurements.Sa lahat ng mga indibidwal, ang mga ninuno na rehiyon ng 124 na indibidwal ay mga lalawigan sa Hilaga, ang sa 198 na mga indibidwal ay Timog, 53 ay SouthWest at 30 ay hindi kilala.
Diskarte sa sequencing: Whole genome long-read sequencing(LRS) na may Nanopore 1D reads at PacBio HiFi reads.
Sequencing platform: Nanopore PromethION;PacBio Sequel II
Structure Variation Calling
Figure 1. Workflow ng SV na pagtawag at pag-filter
Pangunahing Nakamit
Pagtuklas at pagpapatunay ng pagkakaiba-iba ng istraktura
Nanopore dateset: Sa kabuuang 20.7 Tb na malinis na pagbabasa na nabuo sa PromethION sequencing platform, na nakakakuha ng average na 51 Gb na data bawat sample, humigit-kumulang.17-tiklop ang lalim.
Reference genome alignment(GRCh38): Naabot ang average na rate ng pagmamapa na 94.1%.Ang average na rate ng error (12.6%) ay katulad ng isang naunang pag-aaral sa benchmarking (12.6%) (Larawan 2b at 2c)
Structure variation(SV) calling: Kasama sa mga SV na tumatawag na inilapat sa pag-aaral na ito ang Sniffles, NanoVar at NanoSV.Ang mga SV na may mataas na kumpiyansa ay tinukoy bilang mga SV na kinilala ng hindi bababa sa dalawang tumatawag at nagpasa ng mga pagsasala sa lalim, haba at rehiyon.
Ang isang average ng 18,489 (mula sa 15,439 hanggang 22,505) na may mataas na kumpiyansa na mga SV ay nakilala sa bawat sample.(Figure 2d, 2e at 2f)
Figure 2. Pangkalahatang landscape ng mga SV na kinilala ng Nanopore dataset
Pagpapatunay ni PacBio: Ang mga SV na natukoy sa isang sample(HG002, bata) ay na-validate ng isang dataset ng PacBio HiFi.Ang pangkalahatang false discovery rate(FDR) ay 3.2%, na naglalarawan ng medyo maaasahang SV identification ng Nanopore reads.
Mga hindi kalabisan na SV at genomic na feature
Mga Non-redundant na SV: Isang set ng 132,312 non-redundant na SV ang nakuha sa pamamagitan ng pagsasama ng mga SV sa lahat ng sample, na kinabibilangan ng 67,405 DEL, 60,182 INS, 3,956 DUP at 769 INV.(Larawan 3a)
Paghahambing sa mga dati nang SV dataset: Ang dataset na ito ay inihambing sa na-publish na TGS o NGS dataset.Sa loob ng apat na dataset na inihambing, ang LRS15, na isa ring dataset mula sa long-read sequencing platform (PacBio) ay nagbahagi ng pinakamalaking mga overlap sa dataset na ito.Bukod dito, 53.3%(70,471) ng mga SV sa dataset na ito ang naiulat sa unang pagkakataon.Sa pamamagitan ng pagtingin sa bawat uri ng SV, ang bilang ng mga na-recover na INS na may matagal nang nabasa na sequencing dataset ay mas malaki kaysa sa iba pang maiikling nabasa, na nagsasaad na ang long-read sequencing ay partikular na mahusay sa INSs detection.(Larawan 3b at 3c)
Figure 3. Mga katangian ng mga hindi paulit-ulit na SV para sa bawat uri ng SV
Mga tampok na genomic: Ang bilang ng mga SV ay natagpuang makabuluhang nauugnay sa haba ng chromosome.Ang pamamahagi ng mga gene, pag-uulit, DEL (berde), INS (asul), DUP (dilaw) at INV (orange) ay ipinakita sa isang diagram ng Circos, kung saan ang isang pangkalahatang pagtaas sa SV ay naobserbahan sa dulo ng mga chromosome arm.(Larawan 3d at 3e)
Haba ng mga SV: Ang mga haba ng INS at DEL ay nakitang mas maikli kaysa sa mga DUP at INV, na sumang-ayon sa mga natukoy ng PacBio HiFi dataset.Ang haba ng lahat ng natukoy na SV ay idinagdag ng hanggang 395.6 Mb, na sumakop sa 13.2% ng buong genome ng tao.Naapektuhan ng mga SV ang 23.0 Mb(tinatayang 0.8%) ng genome bawat indibidwal sa average.(Figure 3f at 3g)
Functional, phenotypical at klinikal na epekto ng mga SV
Hinulaang pagkawala ng function(pLoF) SVs: Ang mga pLoF SV ay tinukoy bilang mga SV na nakipag-ugnayan sa CDS, kung saan tinanggal ang mga coding nucleotide o binago ang mga ORF.Sa kabuuan ng 1,929 pLoF SV na nakakaapekto sa CDS ng 1,681 na mga gene ay na-annotate.Sa loob ng mga iyon, 38 genes ang nag-highlight ng "immunoglobulin receptor binding" sa pagsusuri sa pagpapayaman ng GO.Ang mga pLoF SV na ito ay karagdagang na-annotate ng GWAS, OMIM at COSMIC, ayon sa pagkakabanggit.(Larawan 4a at 4b)
Phenotypically at klinikal na nauugnay na mga SV: Ang isang bilang ng mga SV sa nanopore dataset ay ipinakita na may kaugnayan sa phenotypically at klinikal.Ang isang bihirang heterozygous DEL na 19.3 kb, na kilala bilang sanhi ng alpha-thalassemia, ay nakilala sa tatlong indibidwal, na nag-disfunction ng mga gene ng Hemoglobin Subunit Alpha 1 at 2 ( HBA1 at HBA2).Ang isa pang DEL na 27.4 kb sa gene coding Hemoglobin Subunit Beta(HBB) ay nakilala sa ibang indibidwal.Ang SV na ito ay kilala na nagdudulot ng malubhang hemoglobinopathies.(Larawan 4c)
Larawan 4. Mga pLoF SV na nauugnay sa mga phenotype at sakit
Ang isang karaniwang DEL na 2.4 kb ay na-obserbahan sa 35 homozygous at 67 heterozygous carrier, na sumasaklaw sa kumpletong rehiyon ng 3rd exon ng Growth Homone Receptor(GHR).Ang mga homozygous carrier ay natagpuan na mas maikli kaysa sa mga heterzygous (p=0.033).(Larawan 4d)
Bukod dito, ang mga SV na ito ay naproseso para sa pag-aaral ng ebolusyon ng populasyon sa pagitan ng dalawang pangkat ng rehiyon: North at South China.Ang mga makabuluhang pagkakaiba sa SV ay natagpuang ipinamahagi sa Chr 1, 2, 3, 6,10,12,14 at 19, kung saan, ang mga nangungunang ay nauugnay sa mga rehiyon ng kaligtasan sa sakit, tulad ng IGH, MHC, atbp. Makatuwirang isipin na ang Ang pagkakaiba-iba sa mga SV na ito ay maaaring dahil sa genetic drift at pangmatagalang pagkakalantad sa magkakaibang mga envronment para sa mga sub-populasyon sa China.
Sanggunian
Wu, Zhikun, et al."Mga variant ng istruktura sa populasyon ng Tsino at ang epekto nito sa mga phenotype, sakit at adaptasyon ng populasyon."bioRxiv(2021).
Mga Balita at Highlight naglalayong ibahagi ang pinakabagong matagumpay na mga kaso sa Biomarker Technologies, pagkuha ng mga nobelang siyentipikong tagumpay pati na rin ang mga kilalang pamamaraan na inilapat sa panahon ng pag-aaral.
Oras ng post: Ene-06-2022