Ученые разработали новую стратегию для выявления структурных вариаций человеческих геномов

Исследование структурных вариаций (SVs) с разрешением на уровне одного нуклеотида для азиатского и африканского геномов было опубликовано в журнале Nature Biotechnology. Работу выполнила BGI (ранее известная как Beijing Genomics Institute), крупнейшая в мире геномная организация. Исследование демонстрирует, что полная de novo сборка генома может служить новым решением для создания более полной карты SVs индивидуума.

С развитием геномики все больше внимания уделяется изучению вариаций генома человека через идентификацию и аннотацию SNP. Однако недавние исследования показали, что в геноме человека существует большое количество SVs, которые предположительно оказывают равное или большее функциональное влияние, чем SNP.

Хотя для характеристики SVs использовалось много методов, у каждого есть недостатки из-за технологических ограничений и сложности самих SVs. Это создает необходимость в высокоточном методе детекции.

"Исследование SVs — это настоящий вызов, — заявил Инжуй Ли, директор научно-технического департамента BGI и соавтор работы. — В начале исследования было много трудностей: точность выравнивания, перестроенная структура (нелинейная), восстановление точек разрыва и фоновый шум".

"В качестве решения, — пояснил он, — исследователи обнаружили новый конвейер для детекции SVs в полной сборке генома с более низкой стоимостью и большей скоростью". На основе данных масштабной сборки геномов от технологий секвенирования следующего поколения можно детектировать малые и средние гомозиготные SVs (1–50 тыс. пар оснований), включая инсерции, делеции, инверсии и сложные перестройки с точными точками разрыва и генотипами, которые ранее было трудно определить другими подходами.

С помощью нового метода исследователи идентифицировали 277 243 SVs размером от 1 до 23 тыс. пар оснований в собранных регионах обоих геномов. Валидация с помощью вычислительных и экспериментальных методов показала высокую точность детекции. Также была проведена характеристика паттернов этих SVs на разных геномных особенностях и изучено их потенциальное биологическое влияние. Профилирование 106 индивидуумов из проекта "1000 Genomes" показало, что степень разнообразия SVs между индивидуумами превышает таковую для SNP. Эти находки демонстрируют, что полная de novo сборка генома может служить новым решением для более полной карты SVs.

"Здесь мы предоставляем новый метод, с относительно низкой стоимостью и высокой скоростью, чтобы более детально установить наличие и паттерны SVs в разных геномах. Результаты имеют высокую точность и более широкий охват спектра длин по сравнению с предыдущими методами", — сказал Хунлун У, биоинформатик BGI и один из старших авторов исследования.

Кроме того, исследователи сообщают, что SVs более индивидуально-специфичны, чем SNP, что может играть значительную роль в основе фенотипических различий между людьми. "Это исследование помогает понять, что в будущих исследованиях медицинской геномики нам нужно учитывать все виды генетических вариаций и потенциальные различия в их влиянии на болезни и различные другие фенотипы", — добавил Инжуй Ли.

Профессор Цзюнь Ван, исполнительный директор BGI, сказал: "С дальнейшим прогрессом в de novo сборке с помощью новых технологий подходы на основе сборки приобретут большее значение и потенциально станут окончательным решением для определения SVs. Изучение SVs, вероятно, привлечет еще больше внимания в будущем".

Это исследование также показывает, что de novo сборка может создавать более полные персональные геномы, чем картирование на основе повторного секвенирования. Исследователи рекомендуют в будущем использовать технологию de novo секвенирования для декодирования гораздо большего числа человеческих геномов.