4种不同类型(RNA和DNA)探针外显子测序捕获性能比较

4种不同类型(RNA和DNA)探针外显子测序捕获性能比较

1 摘要

背景

1、目前文库构建和靶向捕获有多种平台,对它们性能进行评估,更有利于研究者筛选适合的平台和方法

结果

1、文章提出了 ‘捕获效率’ 这个指标,更好的评估不同捕获平台的特异性和覆盖深度

2、对不同平台低输入量时的覆盖深度,捕获效率,GC偏倚,AT dropout、单核苷酸多态性的敏感性、短插入和短缺失检测进行了评估

3、从文章结果来看,RNA探针的结合强度要高于DNA探针;在超深度测序条件下,双链RNA探针的表现要好于单链RNA探针;对于高GC区域的捕获,DNA探针表现更好,对于AT dropout 现象,RNA探针表现更好。以上说明对于不同的区域,DNA和RNA探针具有不同的特征。

结论

1、双链RNA探针平台具有最平衡的捕获性能。结果显示了四种不同探针类型的四个平台之间的关键差异

2、双链RNA探针的超深测序性能较好,可能提高超低频突变检测的敏感性

3、文章进一步提出双链RNA和单链DNA混合捕获可以提高目标区域捕获性能

2 背景

文章选择了4种不同平台、不同类型的探针进行了性能的比较:

1、SureSelect Human All Exon v7(安捷伦) ,单链RNA探针

2、xGEN Exome Research Panel v1.0(IDT),单链DNA探针

3、Human Core Exome(Twist),双链DNA探针

4、QuarXeq Human All Exon Probes1.0(Dynegen,迪赢生物),双链RNA探针

3 结果

3.1 四种全外显子组捕获平台的特性比较

不同平台探针的性能指标表

不同平台探针对于 CDK11B, NBPF20, PLXNA4 基因的捕获

image.png

3.2 四种全外显子组捕获平台的捕获效率

捕获效率的计算公式

4种不同平台探针的覆盖率

Fig3 分别比较了4个平台探针比对率,目标区域比对率,覆盖率,一致性,复杂性。4个平台的比对率都超过99%;目标区域比对率,单链DNA探针更高;均一性和复杂度双链DNA探针更高;IDT探针捕获效率更高

Fig4a 比较了不同平台探针至少覆盖10X,20X,30X,50X的比例。Fig4b 是累积覆盖深度分布。

3.3 GC含量对覆盖深度的影响

为了研究GC偏倚的影响,文章评估了每条reads的GC含量。Fig5展示了在不同GC含量下,超过20%平均覆盖深度所占的比例。结果显示,在高GC含量下DNA探针具有更好的均一性。然而,很多高GC的区域并不在DNA探针的coverbed中。

AT/GC dropout 的概念是 应比对到GC含量大于或者小于50%的区域却比对到其他位置的reads总和。如图Fig6所示,RNA探针的AT/GC dropout 值都很低,DNA探针的GC dropout 较低,但是AT dropout较高。结果表明,不同类型的探针对不同特征区域的捕获存在偏倚。

3.4 SNPs和Indels 的检测能力

全外显子测序的目的是检测变异,文章系统比较了4种探针检测SNPs和Indels的能力。检测到的SNPs和Indels数量与检测目标区域的大小有显著的相关性。

3.5 比较RNA探针在超高深度测序的性能

比较了超过1000X的占比,文库复杂度,目标区域的占比,双链RNA探针表现较好,说明双链RNA探针能有效提高液态活检中突变检测的灵敏度。

4 讨论

1、文章首次定义了“捕获效率” 这个参数:在目标区域范围内大于20%全局平均覆盖深度所占的比例。该参数能更好的反应测序数据的有效利用率,减少假阴性(有较高的目标区域覆盖率,但是具有较低的覆盖深度)

2、文章提出了双链RNA和单链DNA混合捕获的设想,因为不同类型探针的特征是不一致的,能更有效的降低 AT/GC dropout

5 参考文献

[1] Zhou J , Zhang M , Li X , et al. Performance comparison of four types of target enrichment baits for exome DNA sequencing[J]. Hereditas, 2021, 158(1).

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