三代重測序到底能干什么?

重測序是對已知基因組序列的物種進行不同個體的基因組測序,并進一步對個體或群體進行差異性分析。那三代重測序又是什么呢?它則是用三代測序技術對已知基因組序列的物種進行不同個體的基因組測序。

三代測序的最主要的特點就是讀長長,Nanopore測序的讀長甚至能達到Mb級別。下述是三代重測序能做一些分析內容。

【結構變異】

結構變異(SV),指基因組上發生的大片段插入(INS)、缺失(DEL)、倒位(INV)、易位(TX)、重復(DUP)等類型的變異。這里的大片段一般指大于30或50bp的區域。插入、缺失很好理解就是,多了一段或者少了一段;重復就是有一段區域的序列重復出現;倒位就是序列翻轉了一下,如本來那個位置該是AATTG的,結果變成了GTTAA;易位的話就是序列位置的變化,又進一步分為染色體內易位和染色體間易位。

據統計,基因組結構變異可能導致的遺傳性疾病已經超過1,000種,對于每個人來講其基因組都有至少20,000個的結構變異,這些變異帶來的影響或許比SNVs或InDels帶來的影響更大。檢測特異的SV能夠用于腫瘤分類的基礎以及腫瘤嚴重程度和治療反映的潛在預后值。

【染色體碎裂】

染色體碎裂即為一個染色體在復制過程被打碎,然后這些碎片以另一種順序重組(其實小編的理解就是一堆結構變異集中發生了)。

染色體碎裂事件[1]

發生染色體碎裂的細胞一般會死亡,而如果這種細胞存活下來就有可能造成癌癥發生。Each?coin?has?two?sides,染色體碎裂的發生也并不見得都是壞處,2015年的一篇文章就說明了染色體碎裂的治愈機制所帶來的醫學奇跡[2]。

【拷貝數變異】

拷貝數變異(CNV),一般指長度為1?kb?以上的基因組大片段的拷貝數增加或者減少,是結構變異中的重要組成部分。而拷貝數是指某基因在某一生物的基因組中的個數。單拷貝就是該基因在該生物基因組中只有一個,多拷貝則指有多個。而像人、鼠其實如果不發生拷貝數變異的話,應該都是二拷貝,一個來自父親,二另一個來自母親。之所以要介紹一下拷貝數,是因為小編以前真不太理解,迷之微笑

拷貝數變異則與許多復雜遺傳疾病的致病機制或易感性相關,包括腫瘤、獲得性免疫缺陷綜合征、系統性紅斑狼瘡、自身免疫炎癥疾病、精神分裂癥、癲癇、類風濕關節炎、智力遲滯和發育遲滯等。

【重復序列變異】

主要指1-6bp?短串聯重復序列STR(short tandem repeat)、微衛星不穩定性MSI(microsatellite instability)以及6bp?以上可變串聯重復序列VNTR(Variable Number of Tandem Repeats)。小編畫個圖讓大家直觀的感受一下,是不是一下子就明白啦!這種重復序列的變異已經發現和40多種神經肌肉和神經退行性疾病相關。

【HLA單倍型】

指一條染色體上HLA各位點基因緊密連鎖組成的基因單位。HLA即人類白細胞抗原,是迄今已知基因中等位基因多態性最高的基因復合體,也是不同個體進行器官或組織細胞移植時發生排斥的主要成分。人體細胞是二倍體型,兩個單倍型則分別來自父親和母親。由于一條染色體上HLA各位點的距離非常近,很少發生同源染色體之間的交換,因此親本的HLA以單倍型為單位將遺傳信息傳給子代。

HLA蛋白在免疫回應中起到非常重要的作用,并且涉及到很多人類病理狀況包含自身免疫疾病,傳染病,癌癥和藥物反映。臨床上,HLA基因序列信息廣泛的用于器官移植,以鑒定匹配的供體和受體HLA等位基因。匹配上正確的HLA?型別對骨髓移植(白血病等)和器官移植能否成功起到決定性的作用,高度相似的等位可以改善器官移植的結果并降低排斥的風險。

其實說實話,上述分析內容二代測序都能做,但二代測序由于其短讀長對于這些分析內容不具有檢測優勢!結構變異的檢測需要檢測到斷點,而二代的短read有可能檢測不到,而即使檢測到的那些也存在很高的錯誤率。三代測序直接就能測到包含結構變異的序列,無需進行組裝。真的是天然的優勢啊!

參考文獻

[1]Cretu?Stancu?M?,?Van?Roosmalen?M?J?,?Renkens?I?,?et?al.?Mapping?and?phasing?of?structural?variation?in?patient?genomes?using?nanopore?sequencing[J].?Nature?Communications,?2017,?8(1):1326.

[2]McDermott?DH,?Gao?JL,?Liu?Q,?et?al.?Chromothriptic?cure?of?WHIM?syndrome.?Cell?2015;?160:686-99.

 

 

 

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