技术的新突破 | 纳米孔测序-解析染色体复杂结构变异学术资讯

来源：iNature

结构变异（SV）这一术语涉及了一系列基因变异，包括拷贝数变异 (CNV)、重复、易位和倒位。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。因此，结构变异也已经成为日趋重要的研究领域。

图 1 常见结构变异体示意图

染色体复杂结构变异（cxSV）包含多个结构变体的基因组重排，它们对人类基因组变异有很大影响，并可能导致孟德尔疾病。最近的研究表明，染色体复杂结构变异（cxSV）——包括三个或更多断裂点位点，比先前的了解更加富集和多样化，在发育障碍样本中平均检测到14个cxSV41。

高通量基因组技术的出现使cxSV的鉴定成为可能。然而，即使对于现代测序和微阵列平台，详细的断裂点分析仍然具有挑战性。纳米孔测序的读长长度等于DNA或RNA片段长度，已取得超过2Mb的超长读长。显然，这种长读长序列更可能跨越重复DNA和SVs的整个区域，能够提供一个更完整的遗传变异视角。此外，随着研究人员寻找新型疾病关联，单倍型定相（确定DNA片段的染色体源）越来越受关注，定相还可以解析复合杂合性，即特定基因或区域的两个等位基因具有不同的变异。

研究案例：解析染色体复杂结构变异

“长读长全基因组测序是研究重复区域断裂点分析的最佳技术。”

英国剑桥大学的Alba Sanchis-Juan及其同事正在研究cxSV与孟德尔疾病的关系。他们使用短读长测序技术筛查了来自神经发育或视网膜疾病患者的1342份样本，以确定与临床重要、疾病相关基因重叠的cxSV。在鉴定出的四个样本中，除一个样本外，其他所有样本均可以通过结合短读长测序、Sanger测序和微阵列分析来解析变异的性质。未解析样本的数据来自一位患有胎儿心动过缓（低心率）的女性新生儿，该数据表明cxSV结构存在两种选择性模式，其中基因CDKL5的一或两个断裂拷贝与早期婴儿癫痫性脑病相关（图2）。

为了表征cxSV的真实性质和可能的致病性，研究小组转向纳米孔技术提供的长读长测序功能。使用纳米孔低通全基因组测序方法，所有断裂点的覆盖度至少达到了4X，平均读长长度为8kb。长读长可以确定异常位点的定相，从而确定了父系遗传。定相后的读长也确定了CDKL5基因完整断裂拷贝的存在，这为拟议的模式提供了支撑证据（图2）。此外，纳米孔测序证实了由于DNA的重复性，而无法使用Sanger测序阐明的所有新断裂点位点，导致无法设计特异性引物。随后的基因表达分析表明， CDKL5的两个等位基因均在样本中表达，表明该变异可能是良性的。

图2使用纳米孔测序精确解析新生儿样本中的cxSV。短读长测序技术检测到一个与CDKL5重叠的“重复—倒位—重复”事件，但无法在cxSV结构和形成的两个模式之间进行解析。长纳米孔测序读长允许准确的定相和断裂点解析，从而确认存在一个完整的和一个断裂的CDKL5 拷贝，并支持拟议的模型1。蓝色 = 重复；绿色 = 倒位。图片改编自Sanchis-Juan等人。

来源：Plant_ihuman iNature

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