stringtranslate.com

Идентичность по происхождению

Сегмент ДНК идентичен по состоянию (IBS) у двух или более индивидуумов, если они имеют идентичные нуклеотидные последовательности в этом сегменте. Сегмент IBS идентичен по происхождению ( IBD ) у двух или более индивидуумов, если они унаследовали его от общего предка без рекомбинации , то есть сегмент имеет одинаковое предковое происхождение у этих индивидуумов. Сегменты ДНК, которые являются IBD, являются IBS по определению, но сегменты, которые не являются IBD, все еще могут быть IBS из-за одинаковых мутаций у разных индивидуумов или рекомбинаций, которые не изменяют сегмент. [ необходима цитата ]

Происхождение сегментов ВЗК отображено в родословной.
Происхождение сегментов ВЗК отображено в родословной.
Происхождение сегментов ВЗК отображено в родословной.
Версия этого изображения для людей с дальтонизмом.

Теория

Все особи в конечной популяции являются родственниками, если прослеживаются достаточно долго, и, следовательно, будут иметь общие сегменты своих геномов IBD. Во время мейоза сегменты IBD разбиваются рекомбинацией. Следовательно, ожидаемая длина сегмента IBD зависит от количества поколений с момента последнего общего предка в локусе сегмента. Длина сегментов IBD, которые являются результатом общего предка n поколений в прошлом (следовательно, включая 2 n мейоза), распределена экспоненциально со средним 1/(2 n ) Моргана (M). [1] Ожидаемое количество сегментов IBD уменьшается с количеством поколений с момента общего предка в этом локусе. Для определенного сегмента ДНК вероятность быть IBD уменьшается как 2 −2 n , поскольку в каждом мейозе вероятность передачи этого сегмента равна 1/2. [2]

Приложения

Идентифицированные сегменты IBD могут использоваться для широкого спектра целей. Как отмечено выше, количество (длина и число) общих сегментов IBD зависит от семейных отношений между тестируемыми лицами. Поэтому одним из применений обнаружения сегментов IBD является количественная оценка родства. [3] [4] [5] [6] Измерение родства может использоваться в судебной генетике , [7] но может также увеличить информацию при генетическом картировании сцепления [3] [8] и помочь уменьшить смещение из-за недокументированных отношений в стандартных исследованиях ассоциаций . [6] [9] Другое применение IBD — это импутация генотипа и вывод фазы гаплотипа . [10] [11] [12] Длинные общие сегменты IBD, которые разбиты короткими областями, могут быть показателем ошибок фазирования. [5] [13] : SI 

Картирование ВЗК

Картирование IBD [3] похоже на анализ сцепления, но может быть выполнено без известной родословной на когорте неродственных людей. Картирование IBD можно рассматривать как новую форму анализа ассоциации, которая увеличивает мощность картирования генов или геномных областей, содержащих множественные редкие варианты восприимчивости к заболеваниям. [6] [14]

Используя смоделированные данные, Браунинг и Томпсон показали, что картирование ВЗК имеет более высокую мощность, чем ассоциативный тест, когда несколько редких вариантов в пределах гена способствуют восприимчивости к заболеванию. [14] С помощью картирования ВЗК были обнаружены значимые регионы генома в изолированных популяциях, а также в аутбредных популяциях, в то время как стандартные ассоциативные тесты не дали результата. [11] [15] Хоувен и др. использовали совместное использование ВЗК для определения хромосомного расположения гена, ответственного за доброкачественный рецидивирующий внутрипеченочный холестаз, в изолированной популяции рыбаков. [16] Кенни и др. также использовали изолированную популяцию для точного картирования сигнала, обнаруженного в ходе общегеномного ассоциативного исследования (GWAS) уровней фитостеролов плазмы (PPS), суррогатной меры абсорбции холестерина из кишечника. [17] Франкс и др. смогли определить потенциальный локус восприимчивости к шизофрении и биполярному расстройству с помощью данных о генотипе образцов случай-контроль. [18] Лин и др. обнаружили значимый сигнал сцепления по всему геному в наборе данных пациентов с рассеянным склерозом . [19] Летузе и др. использовали картирование ВЗК для поиска мутаций-основателей в образцах раковых клеток . [20]

Сегмент IBD, идентифицированный HapFABIA в 1000 геномах
Сегмент IBD, идентифицированный HapFABIA в азиатских геномах. Редкие однонуклеотидные варианты (SNV), которые помечают сегмент IBD, окрашены в фиолетовый цвет. Под бирюзовой полосой отображается сегмент IBD в древних геномах.

ВЗК в популяционной генетике

Обнаружение естественного отбора в геноме человека также возможно посредством обнаруженных сегментов IBD. Отбор обычно имеет тенденцию увеличивать количество сегментов IBD среди особей в популяции. Сканируя регионы с избыточным разделением IBD, можно идентифицировать регионы в геноме человека, которые подверглись сильному, совсем недавнему отбору. [21] [22]

В дополнение к этому сегменты IBD могут быть полезны для измерения и выявления других влияний на структуру популяции. [6] [23] [24] [25] [26] Гусев и др. показали, что сегменты IBD могут использоваться с дополнительным моделированием для оценки демографической истории, включая узкие места и примеси . [24] Используя похожие модели, Паламара и др. и Карми и др. реконструировали демографическую историю ашкеназских евреев и кенийских масаев . [25] [26] [27] Ботиге и др. исследовали различия в африканском происхождении среди европейских популяций. [28] Ральф и Куп использовали обнаружение IBD для количественной оценки общего происхождения различных европейских популяций [29], а Гравел и др. аналогичным образом попытались сделать выводы о генетической истории популяций в Америке. [30] Рингбауэр и др. использовали географическую структуру сегментов IBD для оценки расселения в Восточной Европе за последние столетия. [31] Используя данные 1000 Genomes , Хохрайтер обнаружил различия в распространенности ВЗК между африканскими, азиатскими и европейскими популяциями, а также сегменты ВЗК, которые являются общими с древними геномами, такими как неандертальцы или денисовцы . [13]

Методы и программное обеспечение

Программы по выявлению сегментов ВЗК у неродственных лиц:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Браунинг, SR (2008). «Оценка попарной идентичности по происхождению из плотных данных генетических маркеров в выборке популяции гаплотипов». Генетика . 178 (4): 2123–2132. doi :10.1534/genetics.107.084624. PMC  2323802. PMID  18430938 .
  2. ^ Томпсон, EA (2008). «Процесс IBD вдоль четырех хромосом». Теоретическая популяционная биология . 73 (3): 369–373. doi :10.1016/j.tpb.2007.11.011. PMC 2518088. PMID  18282591 . 
  3. ^ abcd Альбрехтсен, А.; Санд Корнелиуссен, Т.; Мольтке, И.; Ван Оверсим Хансен, Т.; Нильсен, ФК; Нильсен, Р. (2009). «Картирование родства и участки родства для данных по всему геному при наличии неравновесия по сцеплению». Генетическая эпидемиология . 33 (3): 266–274. doi :10.1002/gepi.20378. PMID  19025785. S2CID  12029712.
  4. ^ Браунинг, SR; Браунинг, BL (2010). «Высокоразрешающее обнаружение идентичности по происхождению у неродственных индивидуумов». Американский журнал генетики человека . 86 (4): 526–539. doi :10.1016/j.ajhg.2010.02.021. PMC 2850444. PMID  20303063 . 
  5. ^ abc Гусев, А.; Лоу, Дж. К.; Стоффель, М.; Дейли, М. Дж.; Альтшулер, Д.; Бреслоу, Дж. Л.; Фридман, Дж. М.; Пе'Эр, И. (2008). "Вся популяция, картирование скрытого родства по всему геному". Genome Research . 19 (2): 318–326. doi :10.1101/gr.081398.108. PMC 2652213 . PMID  18971310. 
  6. ^ abcde Purcell, S.; Neale, B.; Todd-Brown, K.; Thomas, L.; Ferreira, MAR; Bender, D.; Maller, J.; Sklar, P.; De Bakker, PIW; Daly, MJ; Sham, PC (2007). "PLINK: набор инструментов для анализа ассоциаций всего генома и связей на основе популяции". Американский журнал генетики человека . 81 (3): 559–575. doi :10.1086/519795. PMC 1950838. PMID  17701901 . 
  7. ^ Ian W. Evett; Bruce S. Weir (январь 1998). Интерпретация доказательств ДНК: статистическая генетика для судебных экспертов. Sinauer Associates, Incorporated. ISBN 978-0-87893-155-2.
  8. ^ Leutenegger, A.; Prum, B.; Genin, E.; Verny, C.; Lemainque, A.; Clergetdarpoux, F.; Thompson, E. (2003). «Оценка коэффициента инбридинга с использованием геномных данных». Американский журнал генетики человека . 73 (3): 516–523. doi :10.1086/378207. PMC 1180677. PMID  12900793 . 
  9. ^ Voight, BF; Pritchard, JK (2005). «Запутывание скрытой связи в исследованиях ассоциации случай-контроль». PLOS Genetics . 1 (3): e32. doi : 10.1371/journal.pgen.0010032 . PMC 1200427. PMID  16151517 . 
  10. ^ Конг, А.; Массон, Г.; Фригг, МЛ; Гилфасон, А.; Зусманович П.; Торлейфссон, Г.; Оласон, ИП; Ингасон, А.; Стейнберг, С.; Рафнар, Т.; Сулем, П.; Муи, М.; Йонссон, Ф.; Торстейнсдоттир, У.; Гудбьартссон, DF; Стефанссон, Х.; Стефанссон, К. (2008). «Обнаружение обмена по происхождению, фазировка на большие расстояния и вменение гаплотипов». Природная генетика . 40 (9): 1068–1075. дои : 10.1038/ng.216. ПМК 4540081 . ПМИД  19165921. 
  11. ^ ab Gusev, A.; Shah, MJ; Kenny, EE; Ramachandran, A.; Lowe, JK; Salit, J.; Lee, CC; Levandowsky, EC; Weaver, TN; Doan, QC; Peckham, HE; ​​McLaughlin, SF; Lyons, MR; Sheth, VN; Stoffel, M.; De La Vega, FM; Friedman, JM; Breslow, JL; Pe'Er, I. (2011). "Низкочастотное полногеномное секвенирование и вывод вариантов с использованием идентичности по происхождению в изолированной популяции людей". Genetics . 190 (2): 679–689. doi :10.1534/genetics.111.134874. PMC 3276614 . PMID  22135348. 
  12. ^ Браунинг, BL; Браунинг, SR (2009). «Унифицированный подход к вменению генотипа и выводу фазы гаплотипа для больших наборов данных троек и неродственных индивидуумов». Американский журнал генетики человека . 84 (2): 210–223. doi :10.1016/j.ajhg.2009.01.005. PMC 2668004. PMID  19200528 . 
  13. ^ abc Hochreiter, S. (2013). "HapFABIA: Идентификация очень коротких сегментов идентичности по происхождению, характеризующихся редкими вариантами в больших данных секвенирования". Nucleic Acids Research . 41 (22): e202. doi :10.1093/nar/gkt1013. PMC 3905877. PMID 24174545  . 
  14. ^ ab Браунинг, SR; Томпсон, EA (2012). «Обнаружение редких ассоциаций вариантов с помощью картирования идентичности по происхождению в исследованиях случай-контроль». Генетика . 190 (4): 1521–1531. doi :10.1534/genetics.111.136937. PMC 3316661. PMID  22267498 . 
  15. ^ ab Gusev, A.; Kenny, EE; Lowe, JK; Salit, J.; Saxena, R.; Kathiresan, S.; Altshuler, DM; Friedman, JM; Breslow, JL; Pe'Er, I. (2011). "DASH: метод картирования гаплотипов идентичного происхождения раскрывает связь с недавней изменчивостью". The American Journal of Human Genetics . 88 (6): 706–717. doi :10.1016/j.ajhg.2011.04.023. PMC 3113343 . PMID  21620352. 
  16. ^ Houwen, RHJ; Baharloo, S.; Blankenship, K.; Raeymaekers, P.; Juyn, J.; Sandkuijl, LA; Freimer, NB (1994). «Скрининг генома путем поиска общих сегментов: картирование гена доброкачественного рецидивирующего внутрипеченочного холестаза». Nature Genetics . 8 (4): 380–386. doi :10.1038/ng1294-380. hdl : 1765/55192 . PMID  7894490. S2CID  8131209.
  17. ^ Кенни, EE; Гусев, A.; Ригель, K.; Лутйоханн, D.; Лоу, JK; Салит, J.; Маллер, JB; Стоффель, M.; Дейли, MJ; Альтшулер, DM; Фридман, JM; Бреслоу, JL; Пе'Эр, I.; Сехайек, E. (2009). "Систематический анализ гаплотипа разрешает сложный локус плазменного растительного стерола на микронезийском острове Косрае". Труды Национальной академии наук . 106 (33): 13886–13891. Bibcode : 2009PNAS..10613886K. doi : 10.1073/pnas.0907336106 . PMC 2728990 . PMID  19667188. 
  18. ^ Francks, C.; Tozzi, F.; Farmer, A.; Vincent, JB; Rujescu, D.; St Clair, D.; Muglia, P. (2008). «Анализ связей на основе популяции когорт случай-контроль шизофрении и биполярного расстройства выявляет потенциальный локус восприимчивости на 19q13». Молекулярная психиатрия . 15 (3): 319–325. doi : 10.1038/mp.2008.100 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-C935-9 . PMID  18794890.
  19. ^ Lin, R.; Charlesworth, J.; Stankovich, J.; Perreau, VM; Brown, MA; Anzgene, BV; Taylor, BV (2013). Toland, Amanda Ewart (ред.). «Картирование идентичности по происхождению для обнаружения редких вариантов, придающих восприимчивость к рассеянному склерозу». PLOS ONE . 8 (3): e56379. Bibcode : 2013PLoSO...856379L. doi : 10.1371 /journal.pone.0056379 . PMC 3589405. PMID  23472070. 
  20. ^ Letouzé, E.; Sow, A.; Petel, F.; Rosati, R.; Figueiredo, BC; Burnichon, N.; Gimenez-Roqueplo, AP; Lalli, E.; De Reyniès, AL (2012). Mailund, Thomas (ред.). "Identity by Descent Mapping of Founder Mutations in Cancer Using High-Resolution Tumor SNP Data". PLOS ONE . 7 (5): e35897. Bibcode : 2012PLoSO...735897L. doi : 10.1371/journal.pone.0035897 . PMC 3342326. PMID  22567117 . 
  21. ^ Альбрехтсен, А.; Мольтке, И.; Нильсен, Р. (2010). «Естественный отбор и распределение идентичности по происхождению в геноме человека». Генетика . 186 (1): 295–308. doi :10.1534/genetics.110.113977. PMC 2940294. PMID 20592267  . 
  22. ^ Хан, Л.; Эбни, М. (2011). «Оценка идентичности по происхождению с плотными данными о генотипе по всему геному». Генетическая эпидемиология . 35 (6): 557–567. doi :10.1002/gepi.20606. PMC 3587128. PMID  21769932 . 
  23. ^ Кокерхэм, CC; Вейр, BS (1983). «Дисперсия фактического инбридинга». Теоретическая популяционная биология . 23 (1): 85–109. doi :10.1016/0040-5809(83)90006-0. PMID  6857551.
  24. ^ ab Гусев, А.; Паламара, П.Ф.; Апонте, Г.; Чжуан, З.; Дарваси, А.; Грегерсен, П.; Пе'Эр, И. (2011). «Архитектура гаплотипов дальнего радиуса действия, общих для разных популяций». Молекулярная биология и эволюция . 29 (2): 473–486. doi :10.1093/molbev/msr133. PMC 3350316. PMID  21984068 . 
  25. ^ ab Palamara, PF; Lencz, T.; Darvasi, A.; Pe'Er, I. (2012). «Распределение идентичности по длине по происхождению выявляет мелкомасштабную демографическую историю». Американский журнал генетики человека . 91 (5): 809–822. doi :10.1016/j.ajhg.2012.08.030. PMC 3487132. PMID  23103233 . 
  26. ^ ab Palamara, PF; Pe'Er, I. (2013). «Вывод исторических показателей миграции посредством совместного использования гаплотипа». Биоинформатика . 29 (13): i180–i188. doi :10.1093/bioinformatics/btt239. PMC 3694674. PMID  23812983 . 
  27. ^ Карми, С.; Паламара, П. Ф.; Вачич, В.; Ленц, Т.; Дарваси, А.; Пе'Эр, И. (2013). «Дисперсия разделения идентичности по происхождению в модели Райта-Фишера». Генетика . 193 (3): 911–928. arXiv : 1206.4745 . doi : 10.1534/genetics.112.147215. PMC 3584006. PMID  23267057 . 
  28. ^ Botigue, LR; Henn, BM; Gravel, S.; Maples, BK; Gignoux, CR; Corona, E.; Atzmon, G.; Burns, E.; Ostrer, H.; Flores, C.; Bertranpetit, J.; Comas, D.; Bustamante, CD (2013). «Поток генов из Северной Африки способствует дифференциальному генетическому разнообразию человека в Южной Европе». Труды Национальной академии наук . 110 (29): 11791–11796. Bibcode : 2013PNAS..11011791B. doi : 10.1073/pnas.1306223110 . PMC 3718088. PMID  23733930 . 
  29. ^ Ральф, П.; Куп, Г. (2013). Тайлер-Смит, Крис (ред.). «География недавнего генетического происхождения по всей Европе». PLOS Biology . 11 (5): e1001555. doi : 10.1371/journal.pbio.1001555 . PMC 3646727. PMID  23667324 . 
  30. ^ Gravel, S.; Zakharia, F.; Moreno-Estrada, A.; Byrnes, JK; Muzzio, M.; Rodriguez-Flores, JL; Kenny, EE; Gignoux, CR; Maples, BK; Guiblet, W.; Dutil, J.; Via, M.; Sandoval, K.; Bedoya, G.; 1000 Genomes, TK; Oleksyk, A.; Ruiz-Linares, EG; Burchard, JC; Martinez-Cruzado, CD; Bustamante, CD (2013). Williams, Scott M (ред.). «Реконструкция миграций коренных американцев на основе данных по всему геному и всему экзому». PLOS Genetics . 9 (12): e1004023. arXiv : 1306.4021 . doi : 10.1371/journal.pgen.1004023 . PMC 3873240. PMID  24385924 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  31. ^ Рингбауэр, Харальд; Куп, Грэм; Бартон, Николас Х. (2017-03-01). «Вывод современной демографии из изоляции по расстоянию длинных общих блоков последовательностей». Генетика . 205 (3): 1335–1351. doi :10.1534/genetics.116.196220. ISSN  0016-6731. PMC 5340342. PMID 28108588  . 
  32. ^ Насери А., Лю Х., Чжан С., Чжи Д. Сверхбыстрая идентификация по обнаружению происхождения в когортах масштаба биобанка с использованием позиционного преобразования Берроуза–Уиллера BioRxiv 2017.
  33. ^ Родригес Дж. М., Батцоглу С., Берковичи С. Точный метод определения родства в больших наборах данных нефазированных генотипов с помощью встроенного теста отношения правдоподобия. RECOMB 2013, LNBI 7821:212-229.
  34. ^ Браунинг, BL; Браунинг, SR (2011). «Быстрый и мощный метод определения идентичности по происхождению». Американский журнал генетики человека . 88 (2): 173–182. doi :10.1016/j.ajhg.2011.01.010. PMC 3035716. PMID  21310274 . 
  35. ^ Браунинг, BL; Браунинг, SR (2013). «Улучшение точности и эффективности определения идентичности по происхождению в данных о населении». Генетика . 194 (2): 459–471. doi :10.1534/genetics.113.150029. PMC 3664855. PMID 23535385  . 
  36. ^ Браунинг, BL; Браунинг, SR (2013). «Определение идентичности по происхождению и оценка частоты ошибок генотипа в данных о последовательностях». Американский журнал генетики человека . 93 (5): 840–851. doi :10.1016/j.ajhg.2013.09.014. PMC 3824133. PMID  24207118 . 
  37. ^ Мольтке, И.; Альбрехтсен, А.; Хансен, TVO; Нильсен, ФК; Нильсен, Р. (2011). «Метод одновременного обнаружения регионов ВЗК у нескольких людей — с применением к генетике заболеваний». Genome Research . 21 (7): 1168–1180. doi :10.1101/gr.115360.110. PMC 3129259 . PMID  21493780. 
  38. ^ He, D. (2013). "IBD-Groupon: эффективный метод обнаружения групповой идентичности по происхождению регионов одновременно у нескольких индивидуумов на основе парных отношений IBD". Биоинформатика . 29 (13): i162–i170. doi :10.1093/bioinformatics/btt237. PMC 3694672. PMID  23812980 .