XÁC ĐỊNH LẠI BỘ GEN TOÀN BỘ
Các biến thể cấu trúc trong dân số Trung Quốc và tác động của chúng đến kiểu hình, bệnh tật và sự thích nghi của dân số
Nanopore |PacBio |Sắp xếp lại toàn bộ bộ gen |Gọi biến thể cấu trúc
Trong nghiên cứu này, trình tự Nanopore PromethION được cung cấp bởi Biomarker Technologies.
Điểm nổi bật
Trong nghiên cứu này, bối cảnh tổng thể về các biến thể cấu trúc (SV) trong bộ gen của con người đã được tiết lộ với sự trợ giúp của trình tự đọc dài trên nền tảng Nanopore PromethION, giúp hiểu sâu hơn về RAT trong kiểu hình, bệnh tật và sự tiến hóa.
Thiết kế thử nghiệm
Mẫu: Bạch cầu máu ngoại vi của 405 cá nhân Trung Quốc không liên quan đến nhau (206 nam và 199 nữ) với 68 phép đo kiểu hình và lâm sàng.Trong số tất cả các cá thể, vùng tổ tiên của 124 cá thể là các tỉnh ở phía Bắc, 198 cá thể ở miền Nam, 53 cá thể ở Tây Nam và 30 cá thể không rõ.
Chiến lược giải trình tự: Trình tự đọc dài toàn bộ bộ gen (LRS) với các lần đọc Nanopore 1D và đọc PacBio HiFi.
Nền tảng giải trình tự: Nanopore PromethION;Phần tiếp theo của PacBio II
Gọi biến thể cấu trúc
Hình 1. Quy trình gọi và lọc SV
Những thành quả chính
Phát hiện và xác nhận biến thể cấu trúc
Bộ dữ liệu Nanopore: Tổng số 20,7 Tb lượt đọc sạch được tạo trên nền tảng giải trình tự PromethION, đạt được trung bình 51 Gb dữ liệu trên mỗi mẫu, xấp xỉ.Chiều sâu gấp 17 lần.
Căn chỉnh bộ gen tham chiếu (GRCh38): Đã đạt được tỷ lệ ánh xạ trung bình là 94,1%.Tỷ lệ lỗi trung bình (12,6%) tương tự như nghiên cứu điểm chuẩn trước đó (12,6%) (Hình 2b và 2c)
Cách gọi biến thể cấu trúc (SV): Người gọi SV được áp dụng trong nghiên cứu này bao gồm Sniffles, NanoVar và NanoSV.SV có độ tin cậy cao được định nghĩa là SV được xác định bởi ít nhất hai người gọi và vượt qua quá trình lọc về độ sâu, chiều dài và vùng.
Trung bình có 18.489 (dao động từ 15.439 đến 22.505) SV có độ tin cậy cao đã được xác định trong mỗi mẫu.(Hình 2d, 2e và 2f)
Hình 2. Toàn cảnh tổng thể của SV được xác định bởi bộ dữ liệu Nanopore
Xác thực bởi PacBio: Các SV được xác định trong một mẫu (HG002, con) đã được xác thực bằng tập dữ liệu PacBio HiFi.Tỷ lệ phát hiện sai tổng thể (FDR) là 3,2%, minh họa nhận dạng SV tương đối đáng tin cậy bằng cách đọc Nanopore.
SV không dư thừa và đặc điểm bộ gen
SV không dư thừa: Đã thu được một bộ 132.312 SV không dư thừa bằng cách hợp nhất các SV trong tất cả các mẫu, bao gồm 67.405 DEL, 60.182 INS, 3.956 DUP và 769 INV.(Hình 3a)
So sánh với các tập dữ liệu SV hiện có: Tập dữ liệu này được so sánh với tập dữ liệu TGS hoặc NGS đã xuất bản.Trong bốn tập dữ liệu được so sánh, LRS15, cũng là tập dữ liệu duy nhất từ nền tảng giải trình tự đọc dài (PacBio) có điểm trùng lặp lớn nhất với tập dữ liệu này.Hơn nữa, 53,3% (70.471) SV trong bộ dữ liệu này đã được báo cáo lần đầu tiên.Bằng cách xem xét từng loại SV, số lượng INS được khôi phục với tập dữ liệu tuần tự đọc dài lớn hơn nhiều so với các INS đọc ngắn còn lại, cho thấy rằng trình tự đọc dài đặc biệt hiệu quả trong việc phát hiện INS.(Hình 3b và 3c)
Hình 3. Thuộc tính của SV không dư thừa cho từng loại SV
Đặc điểm bộ gen: Số lượng SV được tìm thấy có mối tương quan đáng kể với chiều dài nhiễm sắc thể.Sự phân bố gen, lặp lại, DEL (xanh lá cây), INS (xanh dương), DUP (vàng) và INV (cam) được hiển thị trên sơ đồ Circos, trong đó sự gia tăng chung về SV được quan sát thấy ở cuối nhánh nhiễm sắc thể.(Hình 3d và 3e)
Độ dài của SV: Độ dài của INS và DEL được tìm thấy ngắn hơn đáng kể so với DUP và INV, phù hợp với độ dài được xác định bởi tập dữ liệu PacBio HiFi.Độ dài của tất cả các SV được xác định đã tăng lên tới 395,6 Mb, chiếm 13,2% toàn bộ bộ gen của con người.Các SV bị ảnh hưởng trung bình 23,0 Mb (khoảng 0,8%) bộ gen trên mỗi cá nhân.(Hình 3f và 3g)
Tác động về chức năng, kiểu hình và lâm sàng của RAT
Dự đoán mất SV chức năng (pLoF): SV pLoF được định nghĩa là SV tương tác với CDS, trong đó các nucleotide mã hóa đã bị xóa hoặc ORF bị thay đổi.Tổng cộng có 1.929 pLoF SV ảnh hưởng đến CDS của 1.681 gen đã được chú thích.Trong đó, 38 gen nêu bật “sự liên kết với thụ thể globulin miễn dịch” trong phân tích làm giàu GO.Các SV pLoF này lần lượt được chú thích thêm bởi GWAS, OMIM và COSMIC.(Hình 4a và 4b)
Các SV có liên quan đến kiểu hình và lâm sàng: Một số SV trong bộ dữ liệu nanopore đã được chứng minh là có liên quan đến kiểu hình và lâm sàng.Một DEL dị hợp tử hiếm gặp có kích thước 19,3 kb, được biết là gây ra bệnh alpha-thalassemia, đã được xác định ở ba cá thể, làm rối loạn chức năng các gen của Tiểu đơn vị Hemoglobin Alpha 1 và 2 (HBA1 và HBA2).Một DEL khác có kích thước 27,4 kb trên gen mã hóa Hemoglobin Subunit Beta (HBB) đã được xác định ở một cá thể khác.SV này được biết là gây ra bệnh huyết sắc tố nghiêm trọng.(Hình 4c)
Hình 4. SV pLoF liên quan đến kiểu hình và bệnh tật
Một DEL phổ biến là 2,4 kb đã được quan sát thấy ở 35 chất mang đồng hợp tử và 67 chất dị hợp tử, bao phủ toàn bộ vùng của exon thứ 3 của Receptor Homone tăng trưởng (GHR).Những người mang gen đồng hợp tử được tìm thấy ngắn hơn đáng kể so với những người mang gen dị hợp tử (p=0,033).(Hình 4d)
Hơn nữa, những SV này đã được xử lý để nghiên cứu tiến hóa dân số giữa hai nhóm khu vực: Bắc và Nam Trung Quốc.Các SV khác biệt đáng kể được tìm thấy phân bố trên Chr 1, 2, 3, 6,10,12,14 và 19, trong đó, các SV hàng đầu được liên kết với các vùng miễn dịch, chẳng hạn như IGH, MHC, v.v. Thật hợp lý khi suy đoán rằng sự khác biệt trong các SV này có thể do sự trôi dạt di truyền và sự tiếp xúc lâu dài với môi trường đa dạng đối với các nhóm dân cư ở Trung Quốc.
Thẩm quyền giải quyết
Wu, Zhikun và cộng sự.“Các biến thể cấu trúc trong dân số Trung Quốc và tác động của chúng đến kiểu hình, bệnh tật và khả năng thích ứng của dân số.”sinh học(2021).
Tin tức và điểm nổi bật nhằm mục đích chia sẻ những trường hợp thành công mới nhất với Biomarker Technologies, nắm bắt những thành tựu khoa học mới cũng như các kỹ thuật nổi bật được áp dụng trong quá trình nghiên cứu.
Thời gian đăng: Jan-06-2022