一种基于二代测序辨识短串联重复序列长度变异的新方法及其在人类遗传疾病研究中的应用（英文）

二代测序技术的涌现推动了基因组学研究,特别是在疾病相关的遗传变异研究中发挥了重要作用.虽然大多数遗传变异类型都可以借助于各种二代测序分析工具进行检测,但是仍然存在局限性,比如短串联重复序列的长度变异.许多遗传疾病是由短串联重复序列的长度扩张导致的,尤其是亨廷顿病等多种神经系统疾病.然而,现在几乎没有工具能够利用二代测序检测长度大于测序读长的短串联重复序列变异.为了突破这一限制,我们开发了一个全新的方法,该方法基于双末端二代测序辨识短串联重复序列长度变异,并可估计其扩张长度,将其应用于一项基于全外显子组测序的运动神经元疾病临床研究中,成功地鉴定出致病的短串联重复序列长度扩张.该方法首次原创性地利用测序读长覆盖深度特征来解决短串联重复序列变异检测问题,在人类遗传疾病研究中具有广泛的应用价值,并且对于其他二代测序分析方法的开发具有启发性意义.     

绵羊线粒体DNA D-loop区串联重复序列变异研究

对来自69个我国地方绵羊品种和8个国外引入品种共计77个个体线粒体DNA控制区长度为75bp的串联重复序列进行了测序分析。在309个重复序列中检测到28个变异位点,其中7个为具有2个变异体的单现突变,1个为具有3个变异体的单现突变,20个为具有2个变异体的简约位点。由28个变异位点中归纳出63个单倍型,其中单倍型Ⅰ和单倍型Ⅲ具有较高的比例,分别为12．94％和30.42％。研究结果揭示我国地方绵羊可能起源于两个母系祖先。哈萨克羊和阿勒泰羊间以及蒙古羊和乌珠穆沁羊间分别具有较近的亲缘关系且没有明显的遗传分化。藏绵羊、蒙古羊和乌珠穆沁羊相对哈萨克羊和阿勒泰羊而言具有较低的遗传多样性。     

西藏那曲地区藏族人群15个短串联重复序列位点多态性的研究

利用基因扫描技术调查西藏自治区那曲地区藏族人群D8S1179、D21S11、D7S820、CSF1PO、D3S1358、TH01、D13S317、D16S539、D2S1338、D19S433、VWA、TPOX、D18S51、D5S818及FGA共15个短串联重复序列(STR)基因座多态性分布,获得15个基因座的群体遗传学数据。结果显示:15个STR位点在那曲地区藏族人群中具有遗传多态性,基因型分布符合Hardy-Weinberg平衡,DP在0.758 8—0.960 4之间,H在0.476 2—0.862 0之间,PIC在0.446 4—0.861 5之间,EPP在0.385 0—0.856 0之间,累积个体鉴别力为0.999 999 999,累积非父排除率为0.999 999 998。15个STR位点适合作为那曲地区藏族人群的遗传标记用于人类学、疾病连锁分析、法医学亲子鉴定和个体识别等领域的研究。     

人类短串联重复序列HUMTH01基因座的遗传多态性

作者用扩增片段长度多态技术分析了人类短串联重复序列ＨＵＭＴＨ０１基因型及等位基因频率在中国成都地区汉族群体和德国科隆地区白人中的分布。用同步电泳技术比较不同引物ＰＣＲ产物分型结果,评估不同实验室ＨＵＭＴＨ０１群体数据的可比性。计算了２５个群体间ＨＵＭＴＨ０１ＳＴＲ的遗传距离,并构建了系统树。ＨＵＭＴＨ０１ＳＴＲ系统树分析不仅与传统遗传标记结果一致,并且获得了群体遗传的新线索。     

西藏藏族人群15个短串联重复序列基因座的遗传多态性

利用多重PCR五色荧光(6FAM、VIC、NED、PET、LIZ)自动化检测技术检测西藏自治区藏族人群D8S1179、D21S11、D7S820、CSF1PO、D3S1358、TH01、D13S317、D16S539、D2S1338、D19S433、VWA、TPOX、D18S51、D5S818及FGA共15个STR基因座遗传多态性, 获得15个STR基因座的群体遗传学数据。结果显示：15个STR基因座的基因型分布符合Hardy-Weinberg平衡。15个STR基因座的个体鉴别力 (Discrimination power, DP)在0.7555~0.9602之间, 杂合度 (Heterozygosity, H)在0.5651~0.8530之间, 多态性信息含量 (Polymorphism information content, PIC)在0.5528~0.8456之间, 非父排除率(Probability of paternity exclusion, EPP)在0.3811~0.8549之间, 累积个体鉴别力为0.999999999, 累积非父排除率为0.999999998。15个短串联重复序列基因座适合作为西藏藏族人群的遗传标记, 用于人类学、疾病连锁分析、法医学亲子鉴定和个体识别等领域的研究。     

Y染色体短串联重复序列微流控芯片复合扩增检测体系研究

目的 构建Y染色体短串联重复序列（Y-STR）微流控芯片扩增检测试剂,并进行性能验证,实现Y-STR基因座的快速全集成检测。方法 使用Y-STR微流控芯片检测体系,对其灵敏度、成功率和分型准确率、峰平衡性、精准性和准确性、检材适应性、混合物检测能力和抗抑制性进行验证评估。结果 DNA标准品9948的模板量≥8 ng,血卡片数≥3片以及口腔拭子刮擦次数≥7次时可获得Y-STR完整分型;165份样本的全集成检测成功率为91.52%,分型准确率为99.74%;不同荧光通道之间的峰高比值为89.81%;10次运行的等位基因分型标准品的片段大小标准差均在0.5 bp以内,20份样本全集成检测的等位基因片段和相应的等位基因标准品之间的片段准确性均在0.5 bp以内;能够对口腔拭子、血卡、唾液卡、烟蒂、血棉签、布片精斑等检材进行准确分型;混合样本中较小贡献者与较大贡献者在1∶3的比例时可获得完整基因分型;在不同浓度的腐殖酸（50～400 mg/L）、靛蓝（20～100 nmol/L）、血红蛋白（100～500μmol/L）等抑制物的干扰下,该体系可获得完整基因分型。结论 该体系可应用于国产Quick...     

一种基于二代测序拷贝数变异检测的新方法

区域捕获测序是针对基因组特定区段如对MHC(Major histocompatibility complex)区域、外显子区域等测序的有效手段,但是由于捕获测序中探针设计不均匀而造成区域内测序深度变异很大,因此,与基于全基因组的测序数据相比,其拷贝数变异的检测难度更大.目前已经出现了捕获测序下拷贝数变异(copy number variations,CNV)的检测方法,但对CNV的检测准确性仍然很低,特别是对于低频率CNV来说效果极差.因此,本研究开发了一个新的拷贝数变异检测方法,其特点是:(1)以区域内划分的区间为单位检测区间内的CNV,而不是直接对每个个体检测CNV;(2)全面利用群体内所有个体信息,通过区间内read深度在群体的分布规律来检测CNV的分离规律,假设区间内只有1个CNV,那么区间内的read深度将服从三峰的混合正态分布.将该方法应用于21 327个银屑病个体区域捕获测序的CNV检测中,结果表明,XHMM,ExomeDepth和本方法跟金标准重叠的窗口总数与金标准总窗口数的百分比(即重叠率)分别是7％、18％和62％.与XHMM和ExomeDepth相比,新方法在区间内CNV检测覆盖度可以分别提高55个百分点和44个百分点.本研究完善拷贝数变异检测方法,为疾病的诊断治疗提供一定的理论依据.     

二代测序技术在烟草中的应用进展

二代测序技术由于通量高、读长适中、错误率较低及成本低等优点而备受广大科研人员的青睐。本文从7种烟草属植物的基因组测序、宏基因组测序、转录组测序及烟草病毒的检测与鉴定等4个方面对二代测序技术在烟草中的应用进展进行了详细的综述,并在此基础上对二代测序技术及三代测序技术在烟草行业中的应用前景进行了展望,以期为相关领域研究者提供新的思路。     

二代测序技术在结核分枝杆菌研究中的应用进展

结核病是由结核分枝杆菌引起的全球第二大传染病。二代测序技术为从基因组水平研究结核分枝杆菌提供了重要的研究方法。本文从结核病流行病学、结核分枝杆菌耐药和进化及相关生物信息学等方面,介绍二代测序技术在结核分枝杆菌研究中的应用进展。     

短串联重复序列D7S2201基因座的群体遗传学研究

用扩增片段长度多态性技术分析短串联重复序列D7S2201基因座的遗传多态性,在262个中国成都地区汉族无关个体及119个泰国曼谷地区泰人无关个体中分别发现7个和5个等位基因,首次获得该基因座在两群体中的频率分布,其等位基因片段大小范围为100～124bp。两群体的基因型频率分布均符合Hardy Weinberg平衡。该基因座在两群体中的个人识别能力（PD）、杂合度（H）、多态性信息含量（CPI）及非父排除率（PE）分别为0.7038、0.5992、0.4789、0.2900和0.7351、0.5882、0.5012、0.2770。家系调查证实了等位基因的传递遵循孟德尔遗传规律。χ2检验表明两群体间等位基因频率分布无显著性差异。 Abstract：The polymorphism of a new short tandem repeat (STR) locus D7S2201 was analyzed by using AmpFLP. Seven alleles were observed in 262 unrelated Chinese individuals living in Chengdu and five alleles in 119 unrelated Thai individuals living in Bangkok, the ranges of fragment size were 100～124bp. The genotypes distributions of D7S2201 locus in the two populations were in accordance with Hardy Weinberg equilibrium. The discriminating power (PD), observed heterozygosity (H), polymorphism information content (CPI) and power of exclusion (PE) were 0.7038, 05992, 04789, 02900 in Chinese population and 0.7351, 0.5882, 0.5012, 0.2770 in Thai population respectively. Family studies confirmed Mendelian inheritance of alleles. No significant difference was observed between the two populations.     

一种新的基于STR的染色体三体性疾病诊断策略中遗传标记的评估

背景:在此前发表的文章中,我们提出了一种新的基于短串联重复序列(Short Tandem Repeats,STR)的染色体三体性疾病的诊断策略.当应用这种策略来检测特定染色体拷贝数时,需要从人类基因组众多的STR中选择适宜的染色体特异性STR基因座构建一个诊断系统,根据系统中的STR基因座是否检测到三种不同的等位基因产物来判断个体是否为三体患者.目的:本研究拟进一步提出并验证对单个STR基因座及由多个STR基因座构成的诊断系统的评估方法,旨在帮助选择适宜的STR基因座构建一个高效能的诊断系统.方法:我们提出一个新的参数--三等位基因栓出率,并推导出该参数的计算公式,用于定量评估一个STR基因座在这种诊断策略中的效能.在此基础上,推导出另一个数学公式,计算一个非整倍体诊断系统能够在一个三体性患者?哌 检测到三个不同等位基因的概率,根据这个概率的大小来衡量系统诊断效能的高低.最后,我们将所提出的两个公式用于评估我们在先前研究中构建的一个21三体的诊断系统.结果:这个21三体诊断系统由9个21号染色体特异性STR基因座构成.根据我们所提出的两个公式,这些STR基因座的三等位基因检出率在0.203-0.638之间,该系统在21三体患者能够检测到三个不同等位基因的概率大于0.95.结论:我们所提出并验证的公式可以对单个STR基因座和系统的诊断效能进行定量评估,帮助选择适宜的STR遗传标记,并确定一个高效能诊断系统所需的STR基因座的数量,从而为这种诊断策略的广泛应用提供基础.     

二代及三代测序技术在遗传学诊断中的应用进展

遗传病的防治是公共卫生领域的重大课题,而明确病因是遗传病防治的重要环节。高通量测序技术（又称二代测序技术）具有高通量、低成本、高准确度的优点,为遗传诊断及咨询提供了直接证据,已成为遗传学检测不可或缺的有力工具;第三代测序也凭借其长读长的独特优势在临床应用中占据一席之地。二代及三代测序技术各有特点,互为补充,临床中针对不同的检测需求有多种类型的测序方案可供选择。基于此,对二代及三代测序技术的原理、分类及其在遗传学诊断中的应用进展做一综述,以期为临床测序方案的选择提供思路和指导。     

DXS6804/DXS9896/GATA144D04基因座在中国汉族群体中的遗传多态性及其法医学应用Genetic

为了调查X染色体上DXS6804、DXS9896和 GATA144D04等3个STR基因座在中国汉族群体的遗传多态性及其法医学应用价值,来用PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳对X染色体3个STR基因座进行分型,并检验女性基因型频率分布是否符合Hardy-Weinberg平衡,计算法医学常用各种概率。DXS6804、DXS9896和 GATA144D04的非父排除率分别为0.5990、0.6220、0.4280,表明3个STR基因座在中国汉族群体均具有遗传多态性,χ2检验表明女性的基因型频率分布符合Hardy-Weinberg平衡。X染色体上的基因座DXS6804、DXS9896和 GATA144D04在中国汉族群体中具有较高的遗传多态性,可应用于法医学检验和群体遗传学分析。 Abstract： To investigate the genetic polymorphisms of three short tandem repeats loci of chromosome X in Chinese Han population in Chengdu area and its use in forensic science. Three X-chromosome linked short tandom repeat loci were analyzed by PCR followed by polyacrylamide gel electrophoresis. Hardy-Weinberg equilibrium was tested and forensic interested value was calculated .The power of exlcution of DXS6804、DXS9896和 GATA144D04 is 0.5990、0.6220、0.4280,respectively. The result showed that all the three STR loci were polymorphic among 100 unrelated females and 120 unrelated males from Chinese Han population. χ2 tests demonstrated that genotype frequencies in females did not depart from Hardy-Weinberg equilibrium. Three X-chromosome linked short tandem repeat loci have high polymorphism, they can be applied to forensic medicine and population genetics.     

DXS6804/DXS9896/GATA144D04基因座在中国汉族群体中的遗传多态性及其法医学应用

为了调查X染色体上DXS6804、DXS9896和GATA144D04等3个STR基因座在中国汉族群体的遗传多态性及其法医学应用价值,来用PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳对X染色体3个STR基因座进行分型,并检验女性基因型频率分布是否符合Hardy Weinberg平衡,计算法医学常用各种概率。DXS6804、DXS9896和GATA144D04的非父排除率分别为0 5990、0 6220、0 4280,表明3个STR基因座在中国汉族群体均具有遗传多态性,χ2检验表明女性的基因型频率分布符合Hardy Weinberg平衡。X染色体上的基因座DXS6804、DXS9896和GATA144D04在中国汉族群体中具有较高的遗传多态性,可应用于法医学检验和群体遗传学分析。     

二代测序应用于检测GT1-7细胞中KISS1和GnRH启动子的DNA甲基化状态的研究

目的:利用二代测序技术检测GT1-7细胞中KISS1和GnRH基因启动子范围内的甲基化状态,并用金标准的亚硫酸氢盐修饰后的克隆测序作为对照,比较二代测序与金标准克隆测序在研究DNA甲基化检测中的差别。方法:提取GT1-7细胞基因组DNA并进行亚硫酸氢盐处理。进行巢式PCR,将PCR产物进行二代测序。同时采用金标准的亚硫酸氢盐修饰后克隆测序的方法作为对照,对相同批次的PCR产物进行克隆测序。结果:PCR产物二代测序结果表明KISS1和GnRH两个基因的27个CpG甲基化位点信息完整,结果准确。挑取10个克隆进行一代测序结果表明序列无丢失,KISS1和GnRH两个基因的27个CpG甲基化位点信息完整。结论:利用高通量的二代测序技术能够有效的对DNA甲基化的PCR产物进行检测,二代测序和克隆测序都是研究DNA甲基化的有效方法,但前者与克隆测序相比每一个读取序列(reads)都相当于一个单克隆,且二代测序每个区段得到成百上千个reads,因此二代测序结果更加精确。     

Enhanced CHO Clone Screening: Application of Targeted Locus Amplification and Next‐Generation Sequencing Technologies for Cell Line Development

Early analytical clone screening is important during Chinese hamster ovary (CHO) cell line development of biotherapeutic proteins to select a clonally derived cell line with most favorable stability and product quality. Sensitive sequence confirmation methods using mass spectrometry have limitations in throughput and turnaround time. Next‐generation sequencing (NGS) technologies emerged as alternatives for CHO clone analytics. We report an efficient NGS workflow applying the targeted locus amplification (TLA) strategy for genomic screening of antibody expressing CHO clones. In contrast to previously reported RNA sequencing approaches, TLA allows for targeted sequencing of genomic integrated transgenic DNA without prior locus information, robust detection of single‐nucleotide variants (SNVs) and transgenic rearrangements. During clone selection, TLA/NGS revealed CHO clones with high‐level SNVs within the antibody gene and we report in another case the utility of TLA/NGS to identify rearrangements at transgenic DNA level. We also determined detection limits for SNVs calling and the potential to identify clone contaminations by TLA/NGS. TLA/NGS also allows to identify genetically identical clones. In summary, we demonstrate that TLA/NGS is a robust screening method useful for routine clone analytics during cell line development with the potential to process up to 24 CHO clones in less than 7 workdays.     

Comparison of random and SSR-enriched shotgun pyrosequencing for microsatellite discovery and single multiplex PCR optimization in Acacia harpophylla F. Muell. Ex Benth

Streamlining the development and genotyping of microsatellites in species for which no genetic information is available represents an important technical challenge to overcome in order to enable mainstream application of state-of-the-art population genetic analysis techniques in nonmodel organisms. Using the example of Acacia harpophylla, an acacia tree endemic of north-eastern Australia, we show that high-throughput shotgun pyrosequencing technology, so-called second-generation sequencing, reduces time and cost of microsatellite marker discovery in nonmodel organisms and of their large-scale typing in natural populations. We found that 0.5% of short sequence reads generated on 454 Genome Sequencer FLX Titanium from random genome sampling and 2.2% of reads generated with prior microsatellite enrichment yielded microsatellite markers with designed polymerase chain reaction (PCR) primers, suggesting that enrichment increases efficiency of pyrosequencing when microsatellite discovery is the primary goal. Using stringent selection criteria to facilitate downstream PCR multiplex design, we identified 1435 microsatellite loci with designed primers from a total of 200,908 short sequence reads. From a subset of 96 loci tested for amplification, 38 were validated for population genetics applications, leading to the optimization of a cost-effective multiplex PCR protocol for the simultaneous typing of nine microsatellites in natural populations of A. harpophylla.     

Automated Assay of Telomere Length Measurement and Informatics for 100,000 Subjects in the Genetic Epidemiology Research on Adult Health and Aging (GERA) Cohort

The Kaiser Permanente Research Program on Genes, Environment, and Health (RPGEH) Genetic Epidemiology Research on Adult Health and Aging (GERA) cohort includes DNA specimens extracted from saliva samples of 110,266 individuals. Because of its relationship to aging, telomere length measurement was considered an important biomarker to develop on these subjects. To assay relative telomere length (TL) on this large cohort over a short time period, we created a novel high throughput robotic system for TL analysis and informatics. Samples were run in triplicate, along with control samples, in a randomized design. As part of quality control, we determined the within-sample variability and employed thresholds for the elimination of outlying measurements. Of 106,902 samples assayed, 105,539 (98.7%) passed all quality control (QC) measures. As expected, TL in general showed a decline with age and a sex difference. While telomeres showed a negative correlation with age up to 75 years, in those older than 75 years, age positively correlated with longer telomeres, indicative of an association of longer telomeres with more years of survival in those older than 75. Furthermore, while females in general had longer telomeres than males, this difference was significant only for those older than age 50. An additional novel finding was that the variance of TL between individuals increased with age. This study establishes reliable assay and analysis methodologies for measurement of TL in large, population-based human studies. The GERA cohort represents the largest currently available such resource, linked to comprehensive electronic health and genotype data for analysis.     

基于Avi-tag技术的人胚肾细胞内增强型绿色荧光蛋白的生物素化、纯化和检测方法

目的:建立并优化基于Avi-tag标签技术的人胚肾细胞增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的定点生物素化标记、纯化和检测方法。方法:分别构建具有Avi-tag标签的eGFP真核表达载体plenti-Avi-eGFP和BirA酶真核过表达载体pQCXIH-BirA,将plenti-Avi-eGFP和pQCXIH-BirA共转染人胚肾293T细胞,12 h后观察Avi-tag标签对eGFP蛋白在细胞内定位的影响;48 h后裂解细胞,用链霉亲和素珠子纯化生物素标记的eGFP,SDS-PAGE观察eGFP纯化和富集情况,并优化基于Western印迹的生物素化eGFP检测方法。结果:Avi-tag标签对eGFP在细胞内的定位无影响,同时BirA酶在293T细胞内可将带Avi-tag标签的eGFP标记上生物素;生物素化的eGFP可特异性地被链霉亲和素珠子纯化和富集,纯度可达95%;Western印迹检测生物素化蛋白的最终条件为5%的BSA作为封闭液和终浓度为100 ng/mL的链霉亲和素-HRP。结论:建立了基于Avi-tag技术的人胚肾细胞内增强型绿色荧光蛋白的生物素化标记、纯化与检测方法,为该方法的广泛应用奠定了前期技术基础。