Картирование геномных структурных вариаций при основных врождённых пороках развития

На основе длинночтения секвенирования ДНК случаев, проведенного в темах проекта 1 и 3, данное исследование включает образцы случаев и контроля, а также их данные длинночтения секвенирования. Платформа PacBio Revio была выбрана для длинночтения секвенирования ДНК, и стандартный анализ длинночтения секвенирования всего генома был выполнен на 50 случаях. Опираясь на уже построенную референсную карту пангенома китайской популяции первой фазы, были добавлены 50 репрезентативных контрольных образцов для длинночтения секвенирования, чтобы построить новую референсную карту пангенома китайской популяции. Конкретные детали следующие:

1. Экстракция характеристик структурных вариаций (СВ) и кодирование геномов случаев врожденных пороков развития, а также установление метода обнаружения СВ на основе кодирования признаков. Для устранения фоновой повторяющейся информации из сигналов выравнивания сайтов использовалось визуализирование последовательностей, что облегчило обнаружение СВ в сложных регионах генома. Был исследован метод кодирования «сжатия изображения», использующий подход «наложения» для характеристики аномальных особенностей последовательностей между случаями врожденных пороков развития и родительским контролем или популяционным контролем в рамках одного изображения. На основе результатов выравнивания всего генома были идентифицированы регионы генома, содержащие аномальные последовательности в случаях врожденных пороков развития. Был установлен локальный метод повторного выравнивания, чувствительный к точкам разрыва, основанный на коллинеарных сегментах, для извлечения характеристик фрагментов СВ, содержащихся в прочтениях секвенирования между случаями врожденных пороков развития и родительским контролем или популяционным контролем. Исследование было сосредоточено на изучении изоморфной архитектуры сверточной нейронной сети, способной одновременно к сегментации цели и классификации, достигая обоих в обнаружении СВ.
2. Построение референсной карты пангенома китайской популяции на основе данных длинночтения секвенирования ДНК. Используя технологию секвенирования всего генома третьего поколения, были секвенированы образцы ДНК из множества этнических групп Китая, и была реализована визуализация сборки пангенома. Были построены этнически-специфичные референсные геномы для формирования графа пангенома, интегрирующего последовательности ДНК из разных популяций. Генетические варианты или последовательности с различиями рассматривались как узлы, а смежные последовательности соединялись ребрами, тем самым идентифицируя основные и специфичные генные последовательности в китайской популяции. Данное начинание направлено на установление высококачественной референсной карты пангенома, эксклюзивной для китайской популяции, с фокусом на изучение карт структурных вариаций (СВ) всего генома для поддержки точного анализа редких или новых СВ при врожденных пороках развития.
3. Картирование детальной карты СВ основных врожденных пороков развития в китайской популяции. Обнаружение СВ проводится двумя подходами: подход линейного генома и подход пангенома. Подход линейного генома использует обычные линейные методы обнаружения для идентификации генетических вариантов. Подход пангенома включает построение геномной карты с использованием de novo собранных геномов, универсального референсного генома человека (GRCh38), а также образцов генетических вариантов и случаев врожденных пороков развития, обнаруженных в китайской популяции. Эти два подхода взаимно проверяют и дополняют друг друга, интегрируя полученные результаты СВ. Пороговые значения устанавливаются на основе критериев, таких как расположение вариантов и сходство последовательностей, и удаляются избыточные результаты.