Оптическое картирование структурных вариаций геномов людей из разных регионов мира выявило различия

Исследователи из США и Китая применили технологию оптического геномного картирования структурных вариаций (OMSV) к геномам 154 человек, секвенированных в рамках проекта «1000 геномов», — по три мужчины и три женщины из 26 различных популяций. В число соавторов работы вошли и некоторые авторы первой статьи про технологию OMSV.

Большие структурные вариации (SV) генома —вариации, которые занимают более 2 Kb (килобаз, или тысяч пар оснований). К ним относятся инсерции (вставки), делеции (выпадения) — те и другие объединены термином «инделы, а также вариации числа повторов (CNV) больших сегментов генома. Проблема состоит в том, что их трудно распознать при использовании технологий секвенирования, основанных на прочтении коротких последовательностей (short-read), а именно их чаще всего используют при геномном анализе.

Геномное картирование — это определение схемы взаимного расположения генов и регуляторных элементов и относительных расстояний между ними на хромосомах. Один из распространенных его методов — оптическое картирование. В данной работе использовалась модификация OMSV, разработанная в компании Bionano Genomics. Принцип метода следующий: экстракция длинных ДНК, мечение флуоресцентными метками определенных сайтов, линеаризация молекул на чипе и визуализация. По расположению меток программное обеспечение осуществляет сборку генома de novo, что позволяет разрешить конфликты между сборками, полученными с использованием коротких ридов. Структурные варианты выявляются при сравнении геномов с референсными геномами или друг с другом.

Авторам работы удалось картировать труднодоступные участки генома, которые обычно ускользают от анализа. К ним относятся участки, находящиеся рядом с центромерами и теломерами хромосом. В итоге ученые смогли картировать 93% генома, или 2,87 Gb (гигабаз, миллиардов пар оснований). При сравнении своих результатов с несколькими базами данных авторы выяснили, что 34% из обнаруженных ими больших структурных вариаций генома ранее не были описаны.

Затем они проанализировали SV в зависимости от принадлежности индивидов к одной из пяти суперпопуляций, населяющих большие регионы мира: Африку, Америку, Европу, Восточную Азию, Южную Азию. Оказалось, что некоторые SV варьируют в зависимости от региона. Так, от 30 до 40% больших инделов одинаковы во всех суперпопуляциях, от четверти до трети одинаковы в нескольких суперпопуляциях, а от 22 до 44 % уникальны для каждого региона.

Анализ вариаций числа повторов (CNV) показал, что их уровень также зависит от региона. Ученые приводят пример вариаций числа повторов в одном регионе, которые влияют на содержание пепсиногена в плазме — это предиктор рака желудка, частота которого повышена в восточноазиатских популяциях, как и число повторов в этом участке.

Еще один важный вывод работы состоит в том, что референсный геном человека, который используется как эталон в геномных исследованиях, недостаточно информативен. Сравнив свои карты с референсным геномом, они обнаружили, что около 60 Mb последовательности не может быть соотнесена с эталоном. Авторы пришли к заключению, что эталонный геном представляет собой лишь один гаплотип среди многих и что для корректного сравнения необходимо использовать альтернативные гаплотипы в разных популяциях.

«Этнические различия, которые мы выявили, показывают, что одного референсного генома недостаточно и что невозможно при помощи геномного анализа, основанного на технологии секвенирования коротких ридов, обнаружить все клинически важные геномные вариации в разных популяциях», — говорит Свен Бокланд, руководитель научных исследований Bionano Genomics.