基于高密度SNP芯片进行中国荷斯坦牛CNV检测

CollegeAnimalScience&Technology1基于高密度SNP芯片进行中国荷斯坦牛CNV检测刘剑锋张勤中国农业大学动物科技学院2010.8.17CollegeAnimalScience&Technology一、研究背景•拷贝数变异是指与参照基因组比较，DNA片段缺失、复制、插入或复杂基因组重排区域大于1Kb至Mb的结构变异。2CollegeAnimalScience&Technology3…CollegeAnimalScience&Technology4CNV在人类基因组上的研究•CNVs大约占有12%的区域•几千个基因存在拷贝数变异•SNP研究任何两个随机人类基因组都至少有0.1%的差异，CNVs研究为至少1%CollegeAnimalScience&Technology5CNV在人类基因组上的研究•2004年，lafrate等在5个人群39名没有亲缘关系的健康个体中发现255个位点包含CNVs,平均长度150kb-425kb•2004年，Sebat等在20个没有血缘关系的个体中发现221个拷贝数变异，平均跨越465kbCollegeAnimalScience&Technology6CNV在人类基因组上的研究•2005年，Tuzun等比较两组不同种族的人类基因组序列，共发现241个CNVs,片断大小在8～40kb。•2008年，Hasin等通过3个不同祖先的25个个体检测嗅觉受体（OR）基因位点的CNVs。发现93个OR基因位点受到CNVs影响。CollegeAnimalScience&Technology7CollegeAnimalScience&Technology8CNV在小鼠中的研究•2007年，Chris等比较C57BL/6品系的14个高度近交967代的亚群鉴别出38个CNVs。18个CNVs影响43个与繁殖、免疫和认知相关的基因。CNVs的范围在4Kb-4Mb。CollegeAnimalScience&Technology9CNV在大鼠中的研究•2008年，Guryey等研究发现643个CNVs约占基因组的1.4%，65%的CNV片段长度小于10kb。CNVs在基因组上分布不均匀，最易集中在中心粒和端粒部位。发现18号染色体（RNO18）没有CNV。CollegeAnimalScience&Technology10CNV在猪中的研究•12头没有亲缘关系的杜洛克猪与一头没有亲缘关系的汉普夏公猪比较•共发现37个拷贝数变异区域，5个位于染色体重复区域CollegeAnimalScience&Technology11CNV在牛中的研究14Holsteins3Simmental2Reddanish1Hereford基于ＣＧＨ技术CollegeAnimalScience&Technology12来自１７个公牛家系的２４８个半同胞个体基于SNP50K芯片技术CollegeAnimalScience&TechnologyＣＮＶ的研究价值13CollegeAnimalScience&TechnologyCNVs除了具有覆盖范围广、组成形式多样的特点以外，还具有其作为遗传标记的三个重要特点——可遗传性——相对稳定性——高度异质性14ＣＮＶ的研究价值CollegeAnimalScience&Technology15CNV作用机制与疾病•通过剂量效应直接改变基因表达量，引起功能紊乱。•通过影响基因转录调控因子，间接影响基因的表达量。CollegeAnimalScience&Technology16研究CNV的相关试验技术•Array-CGH•ROMA•Fosmid末端比较•FISH•SNP芯片技术•分辨率范围从1Mb到几Kb•准确程度依靠芯片上片段的数量和距离CollegeAnimalScience&Technology二、试验群体•2047荷斯坦奶牛，来自１４个公牛家系•基于Illumina高密度SNP50K芯片检测平台17CollegeAnimalScience&Technology三、CNV检测•利用BEADSTUDIO产生每个个体的所有SNP位点探针杂交信号强度数据；•基于隐马尔科夫链算法，采用PennCNV软件，检测个体CNV。18CollegeAnimalScience&Technology19PennCNV简介•从SNP芯片数据检测CNVs•隐马尔科夫模型（hiddenMarkovmodel）•可处理Illumina、Affymetrix及其他芯片数据•集成多方面信息：totalsignalintensity、每个SNP标记的allelicintensityratio、相邻SNPs的距离、SNP等位点的群体频率、系谱信息。CollegeAnimalScience&Technology20•共检测出8010个CNV，存在于1746samples内。•其中大多数含SNP数不超过10个，检测出CNV数超过100个的有7samples（lowquality）。•需进行质量控制，以减少假阳性结果。四、检测结果CollegeAnimalScience&Technology21对牛SNP50芯片数据的分析•质量控制sample-level：No.CNV：50LRR_SD:0.24BAF_DRIFT:0.01WF：0.05CollegeAnimalScience&Technology222047samples---------1246samples8010CNVs--------------2448CNVsCollegeAnimalScience&Technology23•质量控制call-level质控水平：7SNPs,100Kb2448CNVs--------242CNVsCollegeAnimalScience&Technology24•质量控制：去除特定染色体区域的CNV：如染色体端、着丝粒附近等区域。CollegeAnimalScience&Technology25对牛SNP50芯片数据的分析•最终结果CollegeAnimalScience&Technology26对牛SNP50芯片数据的分析CollegeAnimalScience&Technology27五、下一步工作•对检出的CNV进行进一步验证：1、CGH芯片2、RT-PCR3、测序验证•进行CNV与奶牛生产性能的GWAS分析•CNV区域的生物信息学分析CollegeAnimalScience&Technology•随着高通量全基因组CNVs扫描平台和新的统计推算方法的不断发展，基于CNVs这一新的遗传标志的GWAS将和基于SNPs的传统GWAS一样，成为研究复杂性状遗传机理的有力工具。28六、展望CollegeAnimalScience&Technology•联合使用SNPs和CNVs这两个具有互补性的遗传标志，将为深入理解复杂性状的分子机制和鉴定易感基因，对遗传变异和复杂性状表型关系的认识具有重要意义。29六、展望CollegeAnimalScience&Technology•感谢课题组姜力博士生在基因型分析、信号强度分析给予的付出和帮助•感谢课题组蒋纪才硕士生在PENNCNV软件调试中付出的努力•感谢张勤教授对总体研究方案给予的支持、教导和帮助！30致谢CollegeAnimalScience&Technology衷心感谢各位老师！31