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结构变异分析

 1 year ago
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1. 变异(variation)

不同生物间或者同一种生物不同个体间,染色体上同一位置对应的序列的碱基或者结构不同,或者同一序列在染色体上的位置不同,这种生物间遗传物质的不同被称为变异(variation)。变异是至少两个个体的遗传物质比较的结果。

1.1. 变异的类型

基因组上的变异有不同的类型,包括单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNP),插入缺失(Insertion and Deletion, Indel),和结构变异(structural variation,SV)。

  1. 单核苷酸多态性(SNP)
  • 指单个核苷酸的碱基的变化,比如A变成了G,或者C变成了T。
  1. 插入删除(Indel)
  • 指基因组上某个位置发生的较短的线性序列的插入(Insertion)或者删除(Deletion)。插入缺失是两者比较的结果,对一方是插入的,对另一方来说就是删除,所以通常合称为Indel。
  • 通常约定插入或缺失长度在50bp以下的被称为Indel,大部分情况下不超过10bp。
  1. 结构变异(SV)
  • 指长片段的序列变化或位置变化,包括长片段的插入删除(Big Indel),染色体倒位(Inversion),易位(Translocation),串联重复(Tandem repeat),拷贝数变异(copy number variation, CNV)等。

1.2. 结构变异(structural variation,SV)

1.2.1. 结构变异的定义

结构变异(structural variation,SV)是指基因组上长片段的序列变化和位置关系变化。
过去通常定义为长度大于1000bp的插入删除和倒位,但随着测序的发展,现在的定义更广泛。

1.2.2. 结构变异的类型

目前的结构变异通常包括长度大于50bp的长片段序列插入删除(Big Indel),长度大于1000bp的染色体倒位(Inversion),长度大于1000bp的染色体内部或染色体间的序列易位(Translocation),拷贝数变异(copy number variation, CNV),串联重复(Tandem repeat)以及形式更为复杂的嵌合性变异等。

有些标准还包括简单重复序列(SSR),散在的重复(Interspersed duplications)和其他重复序列。

结构变异的类型

图1. 结构变异的类型
图片来源: paper:Genome structural variation discovery and genotyping

2. 检测结构变异的方法

检测结构变异的方法主要有四种,包括:

  1. Read-pair (RP):通过对双端测序reads的距离(即插入序列长度的分布)或位置关系(即双端reads的正反链情况)的异常值分析来检测结构变异。
  2. Split-read (SR):通过对双端测序reads中一条reads能比对上,另一条不能比对上的情况进行分析来检测结构变异。
  3. Read-depth (RD):利用read的mapping深度来检测基因组拷贝数变异(Copy number variantion,简称CNV)的方法。
  4. Assembly (AS):通过三代测序和de novo assembly来检测大长度和复杂结构的变异。

下图总结了四种方法可以检测的结构变异的类型。

结构变异的检测方法

图2. 结构变异的检测方法
图片来源: paper:Genome structural variation discovery and genotyping

3. 检测结构变异的软件

检测结构变异的软件有很多,个人用过的两个贴在下面:

4. references


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