hétfő, szeptember 21, 2020
még a genomika területén is, ahol néhány havonta új áttörések történnek, az első teljesen szekvenált humán autoszóma befejezése jelentős eredmény. Nagyon pontos, nincs hézag, nincs hibás csatlakozás-csak a 8.kromoszóma teljes dicsőségében. Ez egy figyelemre méltó bravúr, és megtiszteltetés számunkra, hogy a PacBio HiFi reads kulcsszerepet játszott ennek elérésében.
a 8-as kromoszóma teljes centromere szekvenciája a műholdas ismétlődések és más bőséges genomiális ismétlődések sokféleségét mutatja, most már majdnem tökéletes alapszintű felbontással a végétől a végéig. Logsdon, G és mtsai. (2020)
ezt a munkát egy, a bioRxiv-hez nemrégiben közzétett preprint írja le, amelyet a vezető szerző, Glennis Logsdon (@glennis_logsdon), Evan Eichler vezető szerző és a telomer-telomer (T2T) konzorcium munkatársai készítettek. A T2T kezdeményezés része az első valóban teljes emberi genom szekvenálása és összeállítása, és a teljesen szekvenált X kromoszóma korábbi felszabadulását követi.
“az emberi genom szekvenálásának 20 évvel ezelőtti bejelentése óta az emberi kromoszómák befejezetlenek maradtak a centromereken belül elhelyezkedő, nagyon azonos ismétlődések nagy régiói, a szegmentális duplikációk és a kromoszómák akrocentrikus rövid karjai miatt” – jegyzik meg a szerzők. “A hosszú olvasású szekvenálási technológiák és a kapcsolódó algoritmusok megjelenése lehetővé tette, hogy ezeket a régiókat először szisztematikusan össze lehessen állítani a natív DNS-ből.”
a 8. kromoszóma vonzó célpontot jelentett a T2T első autoszómája számára kezelhető centromere miatt (korábban 1, 5-2, 2 Mb hosszúságra becsülték). De a kromoszóma is otthont ad “az emberi genom egyik strukturálisan legdinamikusabb régiójának-a 8p23.1—nél elhelyezkedő “defenzin” géncsoportnak, valamint a 8q21-nél található neocentromernek.2, amelyek az elmúlt 20 évben nagyrészt megoldatlanok voltak” – írják a tudósok. A DNS-defenzin klaszter kulcsszerepet játszik a veleszületett immunitásban, és ebben a régióban a strukturális változások már régóta szerepet játszanak az emberi betegségekben.
az új összeállítás, amely az emberi referencia Genom mind az öt korábban megoldhatatlan hiányosságát kezeli, okos módszerrel készült, több adatkészlet felhasználásával, beleértve a pontos hosszú olvasásokat is: “a PacBio HiFi adatok több mint fele 17,8 kbp-nél nagyobb olvasmányokban található, a medián pontosság meghaladja a 99,9% – ot.”Az Oxford Nanopore reads-en alapuló állványozási lépés után a PacBio HiFi reads-ből összeállított contigs-eket kicserélték, hogy biztosítsák az alappár felbontását. “Javítottuk a szekvenciaállványok alappár-pontosságát azáltal, hogy a nyers ONT szekvenciát több egyező PacBio HiFi összefüggéssel helyettesítettük” – írja a csapat.
a teljes chr8 szekvencia 146 Mb-ot tartalmaz, és több mint 3 Mb hiányzik a GRCh38-ból. Mint Logsdon et al. írja: “az eredmény egy egész kromoszóma-összeállítás, amelynek becsült bázispár-pontossága meghaladja a 99,99% – ot.”
a tudósok azzal a persnickety-vel is foglalkoztak-a defenzin géncsoport, amelyet egyetlen 7, 06 Mbp lókuszra oldottunk fel—lényegesen nagyobb, mint a jelenlegi emberi referencia Genom 4, 56 Mbp régiója” – jegyzik meg. A szekvenciaadatok szinte mindegyike-pontosabban 99,9934% – a-A HiFi reads-ből származik. A teljes centromér eközben 2,08 Mb-ot tett ki.
ezzel a gyönyörű szerelvénygel a kezében a T2T csapata kivette egy körre. Először számos ortogonális eszközzel, például optikai leképezéssel validálták. Ezután HiFi adatokat generáltak a csimpánzok, makákók és orangutánok 8-as kromoszómájának ortológusairól, hogy összehasonlítsák a szekvenciaadatokat és rekonstruálják az emberi autoszóma evolúciós történetét. “Az Összehasonlító és filogenetikai elemzések azt mutatják, hogy a magasabb rendű holdi szerkezet kifejezetten a majmok őseiben fejlődött ki, és a centromer régió réteges szimmetriával fejlődött ki”-írja a csapat. “Becsléseink szerint a centromer műholdas DNS mutációs sebessége legalább 2 felgyorsul.2-szeresére, és ez a gyorsulás túlmutat a magasabb rendű 6-szatelliten a szegélysorozatba.”
végül a kutatók elvégezték az Iso-Seq módszerrel előállított teljes hosszúságú átiratok elemzését. Ez a folyamat “61 fehérjét kódoló és 33 nem kódoló lókuszt azonosított, amelyek jobban kapcsolódnak ehhez a kész 8. kromoszóma szekvenciához, mint a GRCh38-hoz, beleértve az új gének felfedezését a polimorf régiók másolására”. Ezek közül az új gének közül tizenkettőt csak abban a trükkös, a defenzin lókuszban fedeztek fel.
a HiFi Genom assembly és az RNS annotáció kombinációja az Iso-Seq adatokkal hozzáadta ezt a 12 új gént a 8-as kromoszóma hematokrit (defenzin) régiójához. Logsdon, G és mtsai. (2020)
sokunk számára a genomikai közösségben, ez a cikk sokkal többet képvisel, mint egyetlen emberi kromoszóma szekvenciája. Ez egy nyilatkozat arról, hogy mit tud elérni a tudomány most, és hová vezethet minket az elkövetkező években. Ahogy a szerzők összefoglalták: “Most, hogy az ilyen komplex régiók szekvenálhatók és összeállíthatók, fontos lesz ezeket az elemzéseket kiterjeszteni más centromerekre, több egyedre és további fajokra, hogy megértsük teljes hatásukat a genetikai variáció és az evolúció tekintetében.”
További részletek A Logsdontól közvetlenül a T2T Konzorcium és a Human Pangenome Reference Consortium (HPRC) által szervezett ingyenes online konferencián hallhatók szeptember 22/23-án. Az előadók új betekintést nyújtanak a 8.kromoszómába, és beszámolnak a T2T további előrehaladásáról a teljes emberi genom összeállítás felé. Ugyanezen az eseményen a HPRC bemutatja kiegészítő erőfeszítéseit az emberi genomok százainak kiváló minőségű szekvenálására. Az előadók között szerepel: Karen Miga (@khmiga), Eric Green (@NHGRI_Director) Adam Phillippy (@aphillippy), Sergey Koren (@sergekoren), Sergey Nurk (@sergeynurk), Valerie Schneider (@dnadiver), Tina Graves-Lindsay, Arang Rhie (@ArangRhie), Mitchell R. Vollger (@mrvollger), Erich Jarvis (@erichjarvis), Mark Chaisson (@mjpchaison), Mike Schatz (@Mike_schatz), Heng Li (@Lh3lh3) és még sokan mások. Mi lesz ragasztva a számítógépek érte, és reméljük, hogy lesz egy esélyt, hogy csatlakozzon is!