[发明专利]一种精准获得全基因组范围内结构变异的方法

说明书

本发明公开一种精准获得全基因组范围内结构变异的方法，其将待测基因组片断化后，切胶回收不同片段大小的目的片段，再通过高通量测序分别建库测序，基于大小不同的片段测序结果，通过对不同片段之间重叠分析，进一步鉴定基因组内的结构变异情况。本发明方法除了能够检测SNPs外，还能更加简单有效的通过检测不同片段文库之间的重叠群，对与基因组上的缺失，插入和错配的结构变异进行有效检测，相较于现有分析方法，本发明方法具有成本低，速度快，效率高、结果完整等优势。

技术领域

本方法涉及基因组测序技术领域，尤其涉及一种精准高效的获得全基因组范围内的结构变异。

背景技术

生命的遗传信息存储于DNA序列之中，基因组DNA序列的变异是物种遗传多样性的基础，是生物多样性的最初变异来源。其中单核苷酸的变异是DNA序列的最常见、最基本的变异。高等动植物基因组上的结构性变异研究对于基因组进化、群体多态性分析以及疾病易感性等方面的研究有着重要的意义。高等动植物基因组上的变异主要分为三大类：1.单核苷酸变异(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)，通常称为单核苷酸多态性，是指由于单个核苷酸碱基的改变而导致的核酸序列的多态性，它包括单碱基的转换，颠换，插入以及缺失等形式。通俗的说法就是单个DNA碱基的不同。全基因组关联分析(Genome-wideassociation study，GWAS)即是应用基因组中数以百万计的SNPs为分子遗传标记，进行全基因组水平上的对照分析或相关性分析，通过比较发现影响复杂性状的基因变异的一种策略。目前，对于SNP的检测方法有很多，包括荧光探针法、单碱基延伸法、焦磷酸测序法、电泳法和PCR重测序法等，但这些方法各有其局限性，费用高，易出现假阳性，灵敏度低等缺陷。2.小的In Del(Insertion and Deletion)，指的是在基因组的某个位置上所发生的小片段序列的插入或者删除，其长度通常在50bp以下(这个长度范围的变异可以利用Smith-Waterman的比对算法来获得)；SNP的数量由In Del的密度决定，In Del本身也是一种核苷酸插入/缺失突变，且In Del能够引起附近碱基发生热点突变。所以作为多数自发突变的发生根源的In Del，对物种基因组结构和适应性进化起着非常重要的作用，在解开肿瘤发生机制、作物和家畜遗传育种等方面具有重大潜在应用价值。3.大的结构性变异，这种类型比较多，包括长度在50bp以上的长片段序列的插入或者删除、染色体倒位，染色体内部或染色体之间的序列易位，拷贝数变异，以及一些形式更为复杂的变异。第二代短reads高通量测序技术的发展在带来了测序成本降低的同时，这种短读长的测序方式也给人类的变异检测带来了很大的挑战。

随着芯片技术和第二代测序技术的诞生和迅猛发展，极大地促进了对生物信息学的研究，例如国际千人基因组计划，然而需要指出的是，对于千人基因组计划，基本上只关注于一些大片段的序列删除和一些特定的序列插入方面的检测，而忽视了很多基因组上其他形式的变异。关于这方面的局限性，一方面可能是由于生物信息检测方法上的不完善，另一方面可能也和千人基因组本身的数据特点有关，使得他们难以准确地获得更多的信息。这就促使我们开发更加高效有益的检测方法。高通量测序能够在单碱基精度之下对全基因组范围内所有类型的变异进行检测，而芯片技术针对大片段的序列删除比较敏感。作为序列中分布密度最大的两种分子标记，In Del和SNP分布并不均匀，它们的位置具有一定互补性。SNP在高等动植物基因组中广泛存在，平均每500～1000个碱基对中就有1个，估计其总数可达300万个甚至更多。与SNP标记相比，In Del标记能更准确地鉴定样品间的亲缘关系，对In Del的检测和分析有助于找到与疾病相关的一些位点，为后续的疾病病理确定，治疗方案探索有重要意义。由于在同一个基因内，有可能仅仅发生一种类型的突变，也又可能同时具有两种或者两种以上的突变类型。普通的检测方法往往一次只能检测一个样本的一种类型的变异，无法同时应对多样本、多基因、多检测类型的需求。

因此，现有技术有待于进一步发展和进步。

发明内容