纳米孔测序技术在遗传病结构变异中的检测和应用

遗传病是指由遗传物质发生改变而引起的或者是由致病基因所控制的疾病，具有先天性、终生性和家族性，且病种多，发病率高等特点，基因组变异主要分为SNV（单碱基变异）、Indel、结构变异(SVs)三大类。其中结构变异（SVs）通常指基因组上大的序列变化和位置关系变化，包括长度在50bp以上的长片段序列插入或者删除、串联重复、染色体倒位、染色体内部或染色体之间的序列易位、染色体变异以及形势更为复杂的嵌合性变异。

纳米孔长读长测序检测结构变异的优势

结构变异的检测技术有多种，其中以短读长测序为基础的WES/WGS检出率有限（不足50%），这是由于短读长测序技术无法可靠的鉴定重复区域或难以覆盖到高GC含量的区域，而纳米孔长读长测序具有超长读长（目前最长为2.4Mb），无GC偏好性，实时分析，快速，可便携，直接检测甲基化等优势，能够跨越重复序列从而克服短读长测序在鉴定遗传病SVs中所面临的挑战。

目前利用纳米孔长读长测序解析遗传病的结构变异已有很多案例，如利用Nanopore测序检出WES阴性样本：发现先证者G6PC基因的外显子1和2的缺失，杂合性缺失导致患病[1]；使用纳米孔测序确定平衡易位准确断点，用于第三代试管婴儿进行胚胎筛选，确定胚胎是否是倒位、平衡易位携带者[2]；利用纳米孔长读长测序解析短读长无法获得的家族性皮质肌阵挛性震颤伴癫痫患者重复序列[3]以及神经元核内包涵体病（NIID）的变异位点[4]。

相对于目前的IS-PCR、MLPA+巢式PCR、短读长测序等复杂且繁琐的检测方法，纳米孔长读长测序作为现有基因诊断技术的有效补充技术，能够一次性完成结构变异检测，同时检测倒位和点突变等变异，适用于染色体平衡易位的断裂点诊断、有假基因的单基因遗传病诊断、有复杂重复序列的单基因遗传病诊断、有复杂的基因组结构变异的单基因遗传病、甲基化相关的等遗传病诊断。

纳米孔测序技术在人类基因组学研究中的应用

纳米孔测序能处理通过纳米蛋白孔的整个DNA片段，常规能够处理数千kb的完整片段，跨越重复DNA和结构变异的整个区域。因此，利用纳米孔测序结构变异分析流程，能够准确检测插入、删除和重复，提供更为完整的遗传变异视图：

人类基因组组装：利用最新版Shasta软件(由加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）和陈-扎克伯格倡议计划（CZI）联合开发，用于纳米孔测序数据的从头组装和矫正算法的软件)，结合纳米孔最新版本的碱基识别软件Guppy，单个人类基因组组装时间可低至3个小时左右，超长序列组装时间由15个小时降低至6个小时以内。结合不同的碱基识别软件，对不同的人类基因组进行组装，最长NG50可超过60Mb（基因组CHM13）Busco评分为96%。

人类基因组SV分析：利用纳米孔测序结构变异分析流程，能够识别>50bp的结构变异，6-8小时能够完成30X人类基因组分析。

SNV & Indel 分析：利用分析软件Medaka，结合最新的碱基识别软件版本，以60X的深度，SNV的准确度可超过99%。

碱基修饰分析：可分析5mC，6mA，CpG岛。(生物谷Bioon.com）

【直播预告】纳米孔测序在人类遗传学和罕见病研究中的应用
【日期】2020/11/19 15:00
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