ՈՂՋ ԳԵՆՈՄԻ ՀԵՏԱԶՈՏՈՒԹՅՈՒՆԸ
Չինաստանի բնակչության կառուցվածքի տարբերակները և դրանց ազդեցությունը ֆենոտիպերի, հիվանդությունների և բնակչության հարմարվողականության վրա
Նանոպոր |PacBio |Ամբողջ գենոմի վերահերթականավորում |Կառուցվածքային տատանումների կոչում
Այս ուսումնասիրության մեջ Nanopore PromethION հաջորդականությունը տրամադրվել է Biomarker Technologies-ի կողմից:
Առանձնահատկություններ
Այս ուսումնասիրության ընթացքում մարդկային գենոմի կառուցվածքային տատանումների (SVs) ընդհանուր լանդշաֆտը բացահայտվեց Nanopore PromethION հարթակի վրա երկար ընթերցված հաջորդականության օգնությամբ, որը խորացնում է SV-ների ըմբռնումը ֆենոտիպերի, հիվանդությունների և էվոլյուցիայի մեջ:
Փորձարարական դիզայն
Նմուշներ. 405 կապ չունեցող չինացիների ծայրամասային արյան լեյկոցիտներ (206 տղամարդ և 199 կին) 68 ֆենոտիպային և կլինիկական չափումներով:Բոլոր առանձնյակների մեջ 124 անհատների նախնիների շրջանները եղել են հյուսիսային գավառներ, 198 անհատներից՝ հարավային, 53-ը՝ հարավարևմտյան, իսկ 30-ը՝ անհայտ:
Հերթականավորման ռազմավարություն. Ամբողջ գենոմի երկար ընթերցված հաջորդականություն (LRS) Nanopore 1D ընթերցումների և PacBio HiFi ընթերցումների միջոցով:
Հերթականության հարթակ՝ Nanopore PromethION;PacBio-ի շարունակություն II
Կառուցվածքի տատանումների կանչ
Նկար 1. SV կանչի և զտման աշխատանքային ընթացքը
Հիմնական ձեռքբերումները
Կառուցվածքի տատանումների հայտնաբերում և վավերացում
Nanopore ամսաթվերը. PromethION հաջորդականության հարթակում գեներացված ընդհանուր 20,7 Tb մաքուր ընթերցումներ, որոնք միջինում հասնում են 51 Գբ տվյալների յուրաքանչյուր նմուշի, մոտավորապես:17 անգամ խորությամբ:
Հղման գենոմի հավասարեցում (GRCh38). Ձեռք է բերվել քարտեզագրման միջին մակարդակը 94.1%:Սխալների միջին մակարդակը (12.6%) նման էր նախորդ համեմատական ուսումնասիրության (12.6%) (Նկար 2b և 2c)
Կառուցվածքի տատանումների (SV) կանչ. SV զանգահարողները, որոնք կիրառվել են այս ուսումնասիրության մեջ, ներառում էին Sniffles, NanoVar և NanoSV:Բարձր վստահության SV-ները սահմանվել են որպես SV-ներ, որոնք նույնականացվել են առնվազն երկու զանգահարողների կողմից և անցել են զտիչներ խորության, երկարության և տարածաշրջանի վրա:
Յուրաքանչյուր նմուշում հայտնաբերվել է միջինը 18,489 (15,439-ից մինչև 22,505) բարձր վստահության SVs:(Նկար 2d, 2e և 2f)
Նկար 2. Nanopore տվյալների բազայի կողմից բացահայտված SV-ների ընդհանուր լանդշաֆտը
Վավերացում PacBio-ի կողմից. մեկ նմուշում հայտնաբերված SV-ները (HG002, երեխա) վավերացվել են PacBio HiFi տվյալների բազայի միջոցով:Կեղծ հայտնաբերման ընդհանուր մակարդակը (FDR) կազմել է 3.2%, ինչը ցույց է տալիս համեմատաբար հուսալի SV նույնականացումը Nanopore-ի ընթերցումների կողմից:
Ոչ ավելորդ SV-ներ և գենոմային առանձնահատկություններ
Ոչ ավելորդ SV-ներ. 132,312 ոչ ավելորդ SV-ների մի շարք ստացվել է SV-ների միաձուլմամբ բոլոր նմուշներում, որը ներառում է 67,405 DEL, 60,182 INS, 3,956 DUP և 769 INV:(Նկար 3 ա)
Համեմատություն առկա SV տվյալների հավաքածուների հետ. այս տվյալների բազան համեմատվել է հրապարակված TGS կամ NGS տվյալների հետ:Համեմատված չորս տվյալների շտեմարաններում LRS15-ը, որը նաև երկար ընթերցված հաջորդականության հարթակից (PacBio) միակ տվյալների բազան է, կիսում է ամենամեծ համընկնումները այս տվյալների հետ:Ավելին, այս տվյալների շտեմարանում SV-ների 53,3%-ը (70,471) առաջին անգամ է հաղորդվել:Դիտելով SV-ի յուրաքանչյուր տիպը՝ վերականգնված INS-ների թիվը երկար ընթերցված հաջորդականության տվյալների բազայով շատ ավելի մեծ էր, քան մնացած կարճ ընթերցվածները, ինչը ցույց է տալիս, որ երկար ընթերցված հաջորդականությունը հատկապես արդյունավետ է INS-ների հայտնաբերման գործում:(Նկար 3b և 3c)
Նկար 3. Ոչ ավելորդ SV-ների հատկությունները յուրաքանչյուր SV տեսակի համար
Գենոմիական առանձնահատկություններ. ՍՎ-ների թիվը զգալի փոխկապակցված է քրոմոսոմի երկարության հետ:Գենների բաշխումը, կրկնությունները, DELs (կանաչ), INS (կապույտ), DUP (դեղին) և INV (նարնջագույն) ցուցադրվել են Circos-ի դիագրամում, որտեղ SV-ի ընդհանուր աճ է նկատվել քրոմոսոմների թևերի վերջում:(Նկար 3d և 3e)
SV-ների երկարություն. INS-ների և DEL-ների երկարությունները պարզվել է, որ զգալիորեն ավելի կարճ են, քան DUP-ների և INV-ների, որոնք համընկնում են PacBio HiFi տվյալների բազայի կողմից բացահայտվածների հետ:Բոլոր հայտնաբերված SV-ների երկարությունը ավելացվել է մինչև 395,6 Մբ, որը զբաղեցնում է ամբողջ մարդկային գենոմի 13,2%-ը:SV-ները միջինում ազդել են յուրաքանչյուր անհատի 23,0 Մբ (մոտ 0,8%) գենոմի վրա:(Նկար 3f և 3g)
SV-ների ֆունկցիոնալ, ֆենոտիպային և կլինիկական ազդեցությունները
Ֆունկցիայի (pLoF) SV-ների կանխատեսված կորուստ. pLoF SV-ները սահմանվել են որպես SV-ներ, որոնք փոխազդում են CDS-ի հետ, որտեղ կոդավորող նուկլեոտիդները ջնջվել են կամ ORF-ները փոփոխվել են:Ընդհանուր առմամբ 1,929 pLoF SV-ներ, որոնք ազդում են 1,681 գեների CDS-ների վրա, ծանոթագրվել են:Դրանց շրջանակներում 38 գեն ընդգծեցին «իմունոգլոբուլինի ընկալիչների կապը» GO հարստացման վերլուծության մեջ:Այս pLoF SV-ները հետագայում նշվել են համապատասխանաբար GWAS-ի, OMIM-ի և COSMIC-ի կողմից:(Նկար 4ա և 4բ)
Ֆենոտիպային և կլինիկական առումով համապատասխան SV-ներ. Նանոպորային տվյալների բազայում մի շարք SV-ներ ցույց են տվել, որ ֆենոտիպային և կլինիկական համապատասխան են:Հազվագյուտ հետերոզիգոտ DEL 19,3 կբ, որը հայտնի է որպես ալֆա-թալասեմիա առաջացնող, հայտնաբերվել է երեք անհատների մոտ, որոնք խանգարել են հեմոգլոբինի ենթամիավորի Ալֆա 1 և 2 (HBA1 և HBA2) գեներին:Հեմոգլոբինի ենթամիավորի բետա (HBB) գենի վրա 27,4 կբ-ի մեկ այլ DEL հայտնաբերվել է մեկ այլ անձի մոտ:Հայտնի է, որ այս SV-ն առաջացնում է լուրջ հեմոգլոբինոպաթիաներ:(Նկար 4c)
Նկար 4. pLoF SV-ներ՝ կապված ֆենոտիպերի և հիվանդությունների հետ
35 հոմոզիգոտ և 67 հետերոզիգոտ կրիչների մոտ նկատվել է 2,4 կբ ընդհանուր DEL, որն ընդգրկում է աճի հոմոնային ընկալիչի (GHR) 3-րդ էկզոնի ամբողջական շրջանը:Հոմոզիգոտ կրիչները հայտնաբերվել են զգալիորեն ավելի կարճ, քան հետերզիգոտները (p=0.033):(Նկար 4d)
Ավելին, այս SV-ները մշակվել են բնակչության էվոլյուցիոն ուսումնասիրությունների համար երկու տարածաշրջանային խմբերի՝ Հյուսիսային և Հարավային Չինաստանի միջև:Զգալիորեն դիֆերենցիալ SV-ներ են հայտնաբերվել, որոնք բաշխված են Chr 1, 2, 3, 6,10,12,14 և 19-ում, որոնցում լավագույնները կապված են անձեռնմխելիության շրջանների հետ, ինչպիսիք են IGH, MHC և այլն: Խելամիտ է ենթադրել, որ Այս SV-ների տարբերակումը կարող է պայմանավորված լինել գենետիկ տեղաշարժով և երկարաժամկետ ենթարկվելով Չինաստանի ենթապոպուլյացիաների տարբեր միջավայրերին:
Հղում
Wu, Zhikun, et al.«Չինաստանի բնակչության կառուցվածքային տարբերակները և դրանց ազդեցությունը ֆենոտիպերի, հիվանդությունների և բնակչության հարմարվողականության վրա»:bioRxiv(2021).
Նորություններ և կարևոր իրադարձություններ նպատակն է կիսել վերջին հաջողված դեպքերը Biomarker Technologies-ի հետ՝ ֆիքսելով նոր գիտական ձեռքբերումները, ինչպես նաև ուսումնասիրության ընթացքում կիրառվող նշանավոր տեխնիկան:
Հրապարակման ժամանակը՝ Հունվար-06-2022