【应用案例】长读长在结构变异分析中的应用

迄今为止，绝大多数遗传研究都集中在单核苷酸多态性（SNPs）这一课题上。但是，目前已知结构变异在变异基数中所占的比例比SNP更多，且已证实，相比SNPs，结构变异体在更大程度上推动了人类进化，导致个体之间出现遗传多样性以及发病人数或疾病易感性迅速增加。

长读长更有可能涵盖整个结构变异体和/或重复区域，使分析更简单，基因组组装更精确。

大多数高通量短读长测序无法测量较大的结构变异，从而使分析变得尤其困难，特别是在基因组重复区域，这是采用短读长测序方法研究结构变异体时非常重要的一个缺陷。长读长纳米孔测序可对整个DNA片段进行测序，不论其长度如何，能够测量大多数结构变异和重复区域，从而简化分析（图1）。

图 1 长读长对于结构变异分析的优势示意图。长读长比较可能涵盖整个结构变异体和/或重复区域,使分析更简单，基因组组装更精确。

实际案例一

三阴乳腺癌（TNBC）的全基因组结构变异

“

鉴于纳米孔的测序速度快、能源损耗小且资金成本低，该方法可能成为癌症相关结构变异体低水平检测的理想工具，适用于分子复发、早期检测或治疗监测。

”

人类健康和疾病许多研究都将结构变异体与常见和罕见的人类疾病联系在一起, 表型包括了认知功能障碍、肥胖症和癌症易感性以及其它病症。精确并及时检测与肿瘤相关的变化（包括结构变异体）对于有效管理患者至关重要。

美国杰克逊实验室的研究人员采用纳米孔测序研究癌症样品中的全基因组结构变异。他们针对三阴乳腺癌（TNBC）细胞系的研究已识别出数千种研究相关的对基因有影响的基因组重组现象。长读长纳米孔测序还能解析之前被短读长分析忽略的复杂结构变异类型，在碱基解析水平揭示基因组的断点(图2)。

图2. 纳米孔测序可识别复杂的结构变异。在该例中，相较于hg19，可同时检测出染色体5(2.5 kb)和染色体21(14.6 kb)易位以及TNBC细胞系中染色体21缺失(1.8 kb)。数据由美国杰克逊实验室卫嘉玲博士提供。

实际案例2

表征化失智症中的串联重复序列

“

人类基因组中的许多串联重复序列（其中一些目前尚未表征化）可以通过单次测序运行同时进行研究，并且可以评估不稳定（扩增的）TR体细胞差异，最终将带来新的疾病相关TR的鉴定和诊断的改进。

”

串联重复序列通过其长度、序列或碱基修饰引起许多疾病，包括亨廷顿氏症、额颞叶型失智（FTD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）等，然而，这些特征通常很难甚至不可能用传统的分析技术进行评估。

安特卫普大学VIB的研究人员使用PromethION对11个阿尔兹海默症患者的样本进行了全基因组测序。所有样品均获得一致的高产量，单个测序芯片的最大产量为98Gb*（30X的基因组覆盖度）。研究小组重点分析了ABCA7基因中的一个数目可变串联重复序列（VNTR），他们近期发现，这个重复序列导致患阿尔茨海默症的风险至少增加4倍。所有 ABCA7  VNTR等位基因，包括那些含有高达10000 bp扩增的等位基因，均通过长测序读长覆盖。

研究小组还开发了NanoSatellite，一种利用原始纳米孔“squiggle”数据的新算法，而非通过碱基识别序列以表征重复序列，来克服现有的核苷酸测序比对工具难以准确地解析这些长串联重复序列的长度这个挑战。该方法可以检测所有临床相关的重复扩增，并展示出与Southern印迹杂交（当前的“黄金标准”分析技术）相当的读长长度估计值（图3）。重要的是，NanoSatellite还成功鉴定了两个VNTR等位基因，而在使用Southern 印记杂交技术时，这两个个体显示为纯合子，这强调了该技术的灵敏度有提升。

图3. 比较通过NanoSatellite在原始纳米孔信号数据中或串联基因型重复序列识别工具（碱基识别使用Albacore、Scrappie events或Scrappie raw）在核苷酸序列中识别到的串联重复序列长度。在所有情况下，NanoSatellite与Southern印迹杂交（虚线）体现更高的一致性。正链（红色）；负链（蓝色）。TG = 串联基因型重复序列识别工具。图片改编自De Roeck等人。

您也可以扫描下方二维码下载纳米孔应用综述白皮书，了解更多纳米孔测序的研究案例。

延伸阅读

Oxford Nanopore的产品现已接受网上订购，请打开“阅读原文”或者浏览以下网址：

https://store.nanoporetech.com/cn

如欲了解更多产品信息，请长按二维码关注我们。

媒体查询，请通过以下电邮及微信联络我们的团队:  

[e-mail]或加微信ID: NanoporeMedia或tbray91ONT (Thomas)